Fm無線麥克風信號的頻譜感測的方法和裝置的製作方法

2023-06-28 23:13:16 1

專利名稱：Fm無線麥克風信號的頻譜感測的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本原理涉及FM無線麥克風信號和系統的頻譜感測。
背景技術：
提出認知無線電(Cognitive Radio)來實現協議(negotiated)或條件 (opportunistic)頻譜共享以提高頻譜效率。近來，聯邦通信委員會(FCC)已經批准在某些規則下在受許可服務未使用的頻率的廣播電視頻譜(該未使用的TV頻譜經常稱為「白色空間」)的未許可無線電傳送器的操作。主要規定是將需要白色空間設備在與-IHdBm—樣低的等級感測TV信號(數字和模擬)、無線麥克風(WM)信號以及基於間歇的TV頻帶中操作的其他服務的信號。因此頻譜感測是用於在TV白色空間中展現認知無線電的重要使能技術。注意假設感測設備的噪聲指數是IOdB在正常溫度下6MHz TV信道的噪聲功率是大約-96dBm。由此，在信噪功率比(SNR)方面FCC設置的感測要求是大約-18dB，這導致相當困難的任務。強幹擾下的FM無線麥克風信號的頻譜感測是非常挑戰的任務。為了解決該問題， 在此開發利用FM信號的重要屬性的簡單頻譜感測方法，即如果頻率偏移比其載波頻率小得多並且相關延遲小，其自相關函數可以近似為正弦函數。計算機仿真演示當強相鄰信道幹擾存在並且信號功率如聯邦通信委員會(FCC)在他們的報告中對所謂的白色空間設備設置的與-IHdBm —樣低時，該提出的頻譜傳感器可以可靠地檢測目標信號。已經在姊妹申請(PCT/US10/000961)中提出ATSC/NTSC信號的頻譜感測的統一框架。在此描述的原理將針對無線麥克風信號的感測。在美國，無線麥克風是TV頻帶的低功率二次許可信號並且在聯邦法令(CFR)第47條第74部分(47CFR74)中由FCC無線電廣播法規來規定。對於無線麥克風使用有四條主要規定(1)允許無線麥克風在未使用的 47CFR74中列出的VHF或UHF TV頻帶中操作。(2)頻率選擇將從較高或較低頻帶極限偏置 25kHz或者是其整數倍。(3)可以結合可分配頻率內的一個或多個相鄰25kHz段，以形成其最大帶寬將不超過200kHz的信道。(4)在VHF頻帶的最大傳送器功率是50mW並且在UHF 頻帶是250mW。在其他國家，由不同機構規定無線麥克風操作，但是技術特性一般類似美國的技術特性。雖然在市場上的多種FM設備中也使用諸如數字或者混合模擬/數字調製之類的其他類型的調製，多數無線麥克風設備使用模擬頻率調製(FM)。盲頻譜感測方法，例如基於特徵值的算法無論其調製類型可以應用於感測無線麥克風信號。另一方法尋找頻率域中的頻譜峰值。無線麥克風信號的帶寬小於200kHz，比TV頻帶(6MHz)的要小得多。結果，無線麥克風信號的功率很集中，而噪聲功率在整個6MHz頻帶上均勻分布。因此，頻譜峰值通常在無線麥克風信號的頻譜中出現。然而，當存在強相鄰信道幹擾時，兩種方法產生高誤報警率。在存在相鄰信道幹擾的情況下，感測無線麥克風信號的問題很難。依據FCC的相鄰信道幹擾測試模型中的相鄰信道邊緣，無線麥克風信號的中心頻率可以僅僅是50kHz。 從較低相鄰信道中的TV信號洩露的幹擾嚴重地影響該頻率帶周圍的信號。由此，相鄰信道幹擾可以完全遮蔽無線麥克風信號。在本發明中，描述使用FM調製的無線麥克風信號的頻譜感測方法。提出的方法甚至在強相鄰信道幹擾的情況下可以確定基於FM的無線麥克風信號的存在。下面描述頻譜感測方法，之後用誤報警的對應概率(Pfa)設置的感測閾值。提出的頻譜傳感器的感測性能由計算機仿真估計並且還被描述，之後是結論。

發明內容
通過本原理解決現有技術的這些和其他不利和缺點，本原理關注基於FM的無線麥克風信號的頻譜感測方法和裝置。根據本原理的一個方面，提供一種用於頻譜感測的方法。該方法包括以下步驟對接收信號生成自相關函數，使用匹配濾波器濾波自相關的輸出，通過找到匹配濾波器輸出的最大值生成判定統計，以及通過使用判定統計確定佔用的頻譜空間。根據本原理的另一方面，提供一種頻譜感測裝置。該裝置包括處理電路，用於對接收信號生成自相關函數；匹配濾波器，用於濾波自相關輸出；判定電路，用於通過找到匹配濾波器輸出的最大值生成判定統計；以及檢測單元，用於使用所述判定統計確定佔用頻譜空間。根據本原理的另一方面，提供另一種執行頻譜感測方法。該方法包括以下步驟對接收信號生成自相關函數，使用自相關輸出計算較高階統計，通過找到所述較高階統計的最大值生成判定統計，以及使用所述判定統計確定佔用頻譜空間。根據本原理的另一方面，提供另一裝置。該裝置包括處理電路，用於對接收信號生成自相關函數；計算電路，用於使用自相關輸出計算較高階統計；判定電路，用於通過找到匹配濾波器輸出的最大值生成判定統計；以及檢測單元，用於使用所述判定統計來確定佔用頻譜空間。依據要結合附圖閱讀的以下示例性實施例的詳細描述，本原理的這些和其他方面、特徵和優點將變得明顯。


圖1示出無線麥克風信號的仿真模型。圖2示出沒有幹擾的情況下並且5ms感測時間的無線麥克風信號的感測性能。圖3示出沒有不同級SNR幹擾的情況下並且5ms感測時間的無線麥克風信號的接收器操作特性(ROC)曲線族。圖4示出具有幹擾和IOOms感測時間的無線麥克風信號的感測性能。圖5示出具有不同級SNR的幹擾和IOOms感測時間的無線麥克風信號的ROC曲線族。
圖6示出例示本發明原理的第一示例性方法的步驟。圖7示出例示本發明原理的第一示例性裝置。圖8示出例示本發明原理的第二示例性方法的步驟。圖9示出例示本發明原理的第二示例性裝置。
具體實施例方式在此描述FM無線麥克風信號的頻譜感測辦法。FM信號的自相關函數頻率調製是模擬調製方案。正弦載波的頻率根據基帶信號變化。FM信號x(t)可以描述為
(1)其中，θ是在(0，2 π )上均勻分布的隨機相位並且m(t)是傳送的語音信號。其是零平均值並且其幅度是|m(t) I ^ 1。參數Α。和f。分別是載波幅度和載波頻率。常數Af 是FM調製器的頻率偏移，代表FM信號的瞬時頻率相對於載波頻率f。的最大偏離。此外， 可以示出FM信號x(t)的自相關函數給定為R, (J) = E[x(t + r)i-(OJ :々E
m(u)du
'j
(2)其中第一期望值是在θ和m(t)上，而第二期望值是在m(t)上。餘弦函數內的整數項具有2π Af τ的最大值。若干現有無線麥克風仿真模型使用建議的最大頻率偏移 32. 6kHz。載波頻率f。是MHz量級。例如，使得f。= 3. 26MHz，其是Δ f最大值的100倍。 對於時期τ > Af並且相關延遲τ小時，載波頻率支配相位變化並且可以忽略整數項的貢獻。基於上面的觀察，假定f。>> Δ ·並且τ 小，具有^(T);4-cos{2^rr)
2(3)沒有幹擾情況下的頻譜感測算法假設接收到的模擬信號是r⑴，r(t) =x (t) +w (t)(4)其中w(t)是加性白高斯噪聲(AWGN)。模擬信號r (t)由模數轉換器(ADC)以採樣頻率fs採樣，即r[n] =r(n/fs)。自相關函數計算為
—(5)其中凡是用於計算RJm]的樣本數量。注意在(5)中給出的估計自相關函數由相同數量的滯後積(lag product)的平均計算。這意味著不是所有可用的信號樣品都被用於計算估計自相關函數。通過這樣做，樣品自相關函數RJm]對於不同相關延遲m具有相同方
5差。還將簡化閾值設置的公式化。注意估計自相關函數的準確性不被影響，這是因為凡比最大的相關延遲大得多。由於FM信號x(t)和噪聲w(t) 二者是零平均值並且它們是獨立的，因此接收信號r [η]的自相關函數由這兩個信號的自相關函數的總和組成，
權利要求
1.一種頻譜感測的方法，包括 對接收信號生成自相關函數；使用匹配濾波器濾波所述自相關輸出；通過找到匹配濾波器輸出的最大值生成判定統計；以及通過使用所述判定統計指示佔用的頻譜空間。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，自相關函數用包括正弦信號的函數近似。
3.一種用於頻譜感測的裝置，包括處理電路，用於對接收信號生成自相關函數； 匹配濾波器，用於濾波所述自相關輸出；判定電路，用於通過找到匹配濾波器輸出的最大值生成判定統計；以及檢測單元，用於使用所述判定統計指示佔用的頻譜空間。
4.根據權利要求3所述的裝置，其中，用包括正弦信號的函數近似自相關函數。
5.一種頻譜感測的方法，包括 對接收信號生成自相關函數；使用所述自相關輸出計算較高階統計；通過找到所述較高階統計的最大值生成判定統計；以及通過使用所述判定統計指示佔用的頻譜空間。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，通過累計自相關函數乘積形成較高階統計。
7.根據權利要求5所述的方法，其中，通過包括正弦信號的函數近似較高階統計。
8.一種用於頻譜感測的裝置，包括處理電路，用於對接收信號生成自相關函數； 計算電路，用於使用所述自相關輸出計算較高階統計； 判定電路，用於通過找到所述較高階統計的最大值生成判定統計；以及檢測單元，用於使用所述判定統計指示佔用的頻譜空間。
9.根據權利要求8所述的裝置，其中，計算電路通過累計自相關函數乘積計算較高階統計。
10.根據權利要求8所述的裝置，其中，計算電路用包括正弦信號的函數近似較高階統計。
全文摘要
提供FM無線麥克風信號的頻譜感測的方法和裝置。假如頻率偏移比載波頻率小得多並且相關延遲小，則開發的頻譜感測算法使用FM信號的自相關函數是正弦函數的性質。基於該性質，通過計算接收信號的自相關函數和正弦函數的匹配濾波來設計FM信號的簡單頻譜感測算法。通過該途徑提供的頻譜傳感器在強相鄰信道幹擾存在並且信號功率與-114dBm一樣低時可以可靠地檢測目標信號。
文檔編號H04B17/00GK102439880SQ201080022263
公開日2012年5月2日 申請日期2010年5月18日 優先權日2009年5月22日
發明者陳厚昕, 高文 申請人:湯姆森特許公司