通信設備的頻譜表徵的製作方法

2023-06-03 15:48:41 1

專利名稱：：通信設備的頻譜表徵的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種無線或有線環境中的細化頻譜表徵，特別用於數字通信設備。
背景技術：
：本發明發現了一種在OFDM調製通信中的有利的但非限制性的應用，特別用於認知和頻率捷變通信。術語"認知通信"來源於英語術語"cogmY/wm幽"，並且表示智能通信，其中的設備能夠在廣泛的頻率範圍內動態轉換頻率(例如，幾個GHz，因此也是術語"頻率捷變")。此外，OFDM(代表"正交頻分多路復用")調製用於將高碼率二進位串分成多個低碼率調製串(或信道)。由不同的頻率調製每一個子通道，頻率之間的間隔保持固定。這些頻率組成正交基，其中OFDM信號頻譜在分配頻帶中具有理想的佔有率。因此，OFDM調製將高碼率分布在一系列的正交低碼率調製副載波中。這些副載波通常使用窄頻帶。
發明內容本發明的一個目的在於優選地使通信設備能夠一測量並表徵一定範圍頻率的頻譜佔有率，在該頻率範圍內該設備自身能夠工作，例如在OFDM環境中，以及一根據通信要求和頻譜分析，確定工作頻帶。本發明因此提供了頻率的細化頻譜表徵，特別用於認知和頻率捷變通信設備。為了達到該目的，其使用頻譜掃描。然而，本發明使用術語"掃描"來表示貫穿(runthrough)頻譜的動作，無論是用於尋找頻譜中的固有頻帶，或用於檢測幹擾，等等。特別在例如文檔WO-96/10300中已經提出了與判定系統相關的頻譜掃描。通常藉助於傅立葉變換，特別是通過捕獲頻帶中的數字採樣和快速傅立葉變換(或下文中"FFT")來完成數字頻譜掃描。FFT的結果對應於關注的頻帶中的信號頻譜。然而，通過簡單FFT的分析不能如實的表現頻譜現狀，因此不能得到相應信號的可靠識別和表徵。該缺點的一個可能的原因與用於時域分析的矩形窗有關。純正弦波的頻率不與其中一個掃描FFT載波頻率精確匹配，並從一個設備將大量載波的能量返回至另一個設備，大量載波的能量與最強載波的能量成一定的比率，其中最強載波的能量既是不可控制的也是不可預測的。另外，傳統的頻譜分析極其昂貴，主要是由於以下原因一其必須覆蓋非常廣範圍的頻率，一其必須覆蓋多種解析度，一最後其具有根據大量參數顯示測量的頻譜的功能。本發明的目的是改進這種情況。為了達到這個目的，對於頻譜掃描，設計在快速傅立葉變換計算之前進行多載波整形濾波(在每一個載波上執行整形濾波)，以根據獲得的結果來確定信號是否顯出現在關注的頻帶上，並且必要的情況下，對其進行細化表徵(信號、圖案、電平等的自然特徵)。總的來說，本發明主要是提供一種基於接收數位訊號的頻譜掃描方法，該方法包含傅立葉變換計算。根據本發明，在計算之前進行多載波整形濾波。有利的是，多載波整形濾波器的實施方式的一種是多相濾波器。因此，根據本發明的其中一個優點，隨著時間以可再生和確定性的方式，可以為相同的設備或為多個示例設備細化表徵環境頻譜的成分。根據本發明的另一個優點，為了能夠執行本發明的頻譜掃描，以及執行接收數位訊號的傳統步驟，特別是接收信號的解調，可以利用具有濾波器組的多載波接收鏈，其已經存在於通信設備中。然而，這種測量雖然是有利的，但決不是必須的。因此本發明也意在提供一種根據本發明的頻譜掃描鏈，以及包含鏈的通信設備，該鏈包括傅立葉變換計算模塊下遊的多載波整形濾波器組，並且優選地識別模塊，用於確定信號是否出現在關注的頻譜中，並在必要的情況下還包括其表徵。以下的詳細描述給出了這種信號檢測的實施方式的示例，該信號是預指定的(其頻譜特徵在所述實例中是已知的)。本發明還意在提供一種通信設備(例如，基站或終端)，其包含根據本發明的頻譜掃描鏈，以及通信系統，在認知和頻率捷變通信環境中是有利的，在根據本發明與設備進行通信時，啟動至少一個基站和/或至少一個終端。本發明可有利地使用預建立的信號特徵，用於細化和檢測這些信號的規則，以及尤其是用於實現本發明的電腦程式。本發明還意在提供一種這類電腦程式，以及可編程的元件(例如，集成電路、DSP模塊等)，其包括存儲這類程序的存儲器。這種部件或集成電路可僅僅包含上述掃描鏈，或與通信設備裝置的部分或全部結合的掃描鏈。本發明的其他特徵和優點將基於對以下詳細描述的研究而顯現出來，在附圖中圖1示出了根據本發明的處理，其中在濾波之前通過FFT計算進行頻譜掃描；圖2示意性的示出了己知特徵的信號檢測，其有利的跟隨在圖1中的處理之後；圖3示出了在實施方式的有利實施例中的IOTA的圖表，其中IOTA作為在FFT計算之前進行的多相濾波器組整形函數；圖4A至圖4D示出了根據本發明通過在FFT之前增加IOTA函數濾波的頻譜估計(實線)與利用簡單FFT的傳統頻譜估計(虛線)之間的比較；圖5示出了實現根據本發明的所述過程的通信設備的實施方式的第一可能方式，其中用於解調所期望信號的鏈和掃描鏈是分開的；圖6示出了實現根據本發明的所述過程的通信設備的實施方式的第二玎能方式，其中有利的是用於解調所期望信號的鏈和掃描鏈是公共的，但是不同時運行；圖7示出了本發明的方法在無線電通信環境中的動態頻譜分配中的應用。具體實施方式在以下的詳細描述屮，以實施例的方式給出的本發明的環境由OFDM解調進行掃描，OFDM解調由IOTA多相多載波整形來濾波。該原理也可應用於任何其他多載波整形中(包括奈奎斯特多相多載波整形)。該處理應用於接收數位訊號。因此該信號可直接以數字形式被接收(例如，數字廣播或通信，如數位電視信號)。作為變量，其也可包含已經以模擬形式被接收的信號，然後被數位化。以下的洋細描述使用了下列符號一L是用於頻譜掃描的多相濾波器的整形函數截斷長度(例如，IOTA、奈奎斯特或其他類型的函數)；一M是持續時間的時間採樣點的數量，該持續時間等於OFDM/IOTA調製中的符號的持續時間；—N是掃描中設置的副載波的數量(容易理解，從掃描的總帶寬可以設定所述分析的解析度)；一gk是整形函數的時間採樣點；一rk是在分析頻帶中接收的信號的時間採樣點；一Rk是從該信號濾波的時間採樣點；以及一am是該信號在頻域中的係數。參照圖l，無線頻率信號&是由天線IO獲取，該信號的一部分通常是相當寬的頻帶(例如幾個兆赫)，傳統上通過調諧模塊11降低至基帶，等同於"選擇"信號Sr的精確頻帶i。模塊11的輸出傳遞一系列採樣點rk(每次一個符號M個採樣點)，其然後用於多相整形濾波器12，根據的是以下通式這樣濾波的採樣點Rk然後應用到計算模塊13，其根據下面的公式估算它們的傅立葉變換formulaseeoriginaldocumentpage7判定模塊14以這樣估算的係數am+2福為基礎，用於獲得信號Sr的頻譜的估算。該信息在其自身中也是有用的。然後為了檢測信號j，其頻譜特徵SIGN-j預先是已知的(例如從存儲器模塊中產生)，可便於進行在圖2中以實例的方式示出的處理。特別的，可做出規定，應用以下其中一個處理方式或這些處理方式的組合一使估算的頻譜(g卩，係數am+2nM)與所尋求信號的頻譜特徵相關，其中相關函數涉及整個特徵或該特徵的一系列子部分，並通過全局測試準則16(或各自的一系列檢測)，一在圖2中的測試模塊17中尋找已知的導頻頻率，其等於觀測其中一個副載波的能量是否超過一定的閾值THRe，其由la^2自l>THRe來表示，m+2nM設定為已知的導頻頻率，一在給定的頻帶上對功率譜密度進行積分(例如通過計算係數lam+2nMI或其平方lam^M^的總和SUM)，並觀察功率譜密度是否超過閾值THRP(圖2中的測試模塊18)。如果該測試或一系列的測試不被滿足(測試輸出中的ko箭頭)，重複該處理以得到下一個信號特徵(模塊20和15)。另一方面，如果一個或多個測試為肯定的(測試輸出中的ok箭頭)，判定模塊19報告頻譜特徵(SIGN-j)的信號j的檢測。為了提高信噪比，可以重複不同符號的計算。因此，總的來說，有利的在根據本發明的傅立葉變換的濾波和估算之後進行預定信號的識別。在下面的實例中描述根據本發明的頻譜掃描鏈的執行，其中在FFT計算之前進行的多相濾波整形函數是在OFDM調製技術中公知的IOTA函數(代表"IsotropicOrthogonalTransformAlgorithm(無向性正交變換算法)")，其曲線圖在圖3中示出。在以下描述的實例中，測試條件是.-—M=256，一L=4，一r是純正弦波(對於任何一個接收處理FFT載波，相對於載波間差距，顯示頻率偏置為0;1;10;40%)，—g為IOTA函數(圖3)。然後圖4A至圖4D四張圖比較一根據本發明通過在FFT計算之前增加IOTA函數濾波進行頻譜估算，以及一利用簡單的FFT進行傳統頻譜估算，對於掃描處理FFT載波，純正弦波的頻率偏置分別為O;1;10;40%。利用傳統FFT的信號頻譜用虛線表不，利用IOTA+FFT處理的信號頻譜用實線表示。圖4A至圖4D這四張圖通過與傳統FFT方法相比較，很好的示出了利用濾波器組的細化頻譜分析的優越性。特別的，在圖4B、4C和4D中清楚的示出了在簡單FFT的情況F多個副載波的頻散，而對於根據本發明的IOTA+FFT處理，能量集中在單個副載波上。圖4A示出了純正弦波理想的與FFT產生的其中一個載波同相的特定情況。根據下面的公式定義定位因子L:formulaseeoriginaldocumentpage9下面[^i圖表根據頻率定位比較本發明的(IOTA+FfT)的處理與傳統處理(簡單FFT)的性能，示出了本發明處理的優越性。，tableseeoriginaldocumentpage9當然，因子L越小，頻譜表徵越細化。仿真示出了IOTA+FFT掃描如實再生了純正弦波，對於正弦波和掃描處理FFT載波之間的頻率偏置有較低的靈敏度。這種觀測(這裡是在純系中做出的)可廣泛的應用於任何信號。因此，容易理解，本發明的實施方式使得信號可以被更如實更確定地表徵。由R.Vallet和K.H.Taieb在無線個人通信2，97-103，1995中發表的"FractionSpaceMulti-CarrierModulation(部分空間多載波調製)"描述了在傅立葉變換計算之前進行多載波整形濾波的原理方法。要不是執行在上述文件中沒有公開的接收數位訊號的頻譜掃描，本發明將使用這種公知的方法。這種新的使用的令人驚奇的優點是提供例如上述純正弦波的如實再生。這種如實再生還提供了對正弦波和掃描處理FFT載波之間的頻率偏置幾乎不靈敏的優點。上述圖表清楚的示出了利用IOTA+FFT掃描，定位因子L實際上是恆定的(約-35dB，除了對應於工作極限值的40%偏置，工作極限值的不確定性在後面能夠被消除，如果必要的話，通過應用相同的掃描但是偏置在載波間半差距的頻率中)。利用不具有整形的正常FFT掃描，因子L的變化相當大。因此，10TA+FFT掃描使測量的圖案穩定。由於這種穩定性，有如下定義，如在下面看到的一基於這種掃描方法的測量法，一固有頻率的檢測和工作規則，以及一將這些規則引入標準。在上述Vallet等人的文件中，沒有誘因鼓勵本領域技術人員在傅立葉變換計算之前使用公知的整形濾波方法以對頻率偏置具有較低的靈敏度，其中傅立葉變換計算用於進行接收信號的頻譜掃描。現在參照圖5和圖6描述通信設備中的本發明的處理鏈的實施方式。參照圖5，在實施的第一方式中，該設備包括例如.-一調諧器51，其將接收信號引入設置在天線50下遊的基帶，並覆蓋設備的工作頻率範圍，一一組數字濾波器52，由FFT522和在其之前的使頻率分離的多相濾波器521構成(通過實施整形、或IOTA或奈奎斯特多載波原型函數)。如前參照圖4A至圖4D所述，整形濾波器的重要性在於如實再生接收的頻譜，然後考慮到FFT載波的相對電平，不再單獨受FFT操作的正交約束。因此該處理鏈可用於進行環境頻譜掃描，並如實測量頻譜成分。從而，由具有FFT載波電平之上XdB的處理鏈結合具有解析度W的噪聲，產生分析頻帶W中的可測量的噪聲電平之上XdB的純系。再次參照圖5，在前述處理鏈51-52之後是分析和判定鏈53-55，包括一存儲器模塊54(靜態或有利的是不可更新的)，存儲一組表徵和判定規則，一組測量條件，以及一組"特徵"或記錄圖案，一頻譜分析模塊53，利用上述表徵規則和執行的測量，以識別並表徵接收信號，以及一判定或判定支持模塊55，根據之前檢測和表徵的信號，基於前述規則以動態工作在頻帶上。參照圖5，繼續描述根據本發明的通信設備的相關元件，設備接收鏈包括一調諧器56，工作在所期望接收信號的頻率，該頻率由判定模塊55來確定，以及一所期望信號的解調器57，最終訪問接收數據DATAR。設備還包括發送鏈。該鏈包括調製器58，其工作在包括被發送的數據DATAt的所期望信號的頻率上。該頻率有利的由判定模塊55來確定。在發送所期望信號之前，調製器58之後是用於合成所期望信號的合成模塊59。在實施的第二方式中，在所期望信號的接收上的頻譜掃描鏈和解調鏈有利的包括大部分公共元件。事實上，在實施的第二方式中，所期望信號的掃描和解調的功能在時間上離散。在一個時段中進行解調，同時在另一個時段中進行頻譜掃描。圖6與圖5的公共元件具有相同的標記，圖6示出了實施的第二方式。有利的，實施的第二方式使得節省了在圖5中所示的解調鏈的調諧器56。圖6中的調諧器61將接收信號引入基帶，然後在頻譜掃描和接收中工作，特別用於解調接收信號。判定模塊65可有利的控制調諧器61。而且，如果所期望信號解調器進行FFT計算，乃至在FFT計算之前進行多載波濾波，則掃描處理硬體架構(模塊52)的全部或部分能夠與所期望信號的解調處理"共有化"(即，分享)。最後，為了確保非"共有"處理，尚待增加附加模塊67(圖6)用於處理來自FFT計算模塊522下遊的所期望信號，典型的確保解調由FFT產生的複雜符號。有利的，根據本發明的處理使得能夠基於通信設備中上述的實施方式，並按照用於表徵信號和判定的詳述規則，尤其通過控制用於發送所期望信號的適當頻率，由判定鏈確定認知和頻率捷變通信功能性。例如，參照圖7，在內容(例如，電視內容)的認知無線通信的應用中，更確切的說是用於典型的根據標準IEEE802.22的機會無線通信的環境中的動態頻譜分配一終端型通信設備71，根據本發明，在用戶的支配下，可進行頻譜掃描，在電視頻譜中尋找固有頻帶(典型的在用於認知無線通信的固有TV頻帶的環境中)，並因此檢測模擬和數位電視傳輸，一頻譜信息可傳送(箭頭70)至基站73，其與從所有的終端接收的信息結合在一起，—基站73在TV頻譜中選擇固有頻率，在該頻率上可傳輸內容，使得在該頻率上開始通信(箭頭72和虛線)。另一個應用可以是全局認知通信系統，其中副載波可覆蓋頻譜的至少大部分(所謂的"開放頻譜"環境)，並在不幹擾先前用戶的情況下分配給每個用戶。權利要求1、一種基於接收數位訊號的頻譜掃描方法，所述方法包含傅立葉變換計算(13)，其特徵在於，在所述計算之前進行多載波整形濾波。2、根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述多載波整形濾波器是多相濾波器(12)。3、根據權利要求1和2之一所述的方法，其特徵在於，在正交頻分多路復用調製環境中實施。4、根據權利要求1至3之一所述的方法，其特徵在於，所述濾波使用無向性正交變換算法整形函數。5、根據上述任意-項權利要求所述的方法，其特徵在於，在所述傅立葉變換的濾波和估算之後進行預定信號的識別(15、16、17、18、19)。6、根據上述任意一項權利要求所述的方法，其特徵在於，在內容的無線通信中應用於動態頻譜分配，其中—至少一個通信設備(71)進行頻率的頻譜掃描，用於根據所進行的掃描來尋找固有頻帶並將頻譜信號(70)傳送至基站(73);以及一根據從所述通信設備和其他可能的通信設備接收的信號，基站(73)選擇頻譜的公共固有頻率，用於在所述公共頻率上開始(72)內容通信，至所述通信設備。7、一種用於接收數位訊號的頻譜掃描鏈，其特徵在於，包括傅立葉變換計算模塊(522)下遊的多載波整形濾波器組(521)。8、根據權利要求7所述的頻譜掃描鏈，其特徵在於，在傅立葉變換計算模塊(522)的下遊還包括一基於預定表徵規則，用於分析和識別預定信號的模塊(53);以及一在接收和/或發送中的判定模塊(55)，在所述分析和識別模塊(53)的下遊，指示通信設備的至少一個工作頻帶。9、一種通信設備，其特徵在於，包含接收數位訊號的頻譜掃描鏈，所述鏈在傅立葉變換計算模塊(522)的下遊包括多載波整形濾波器組(521)。10、根據權利要求9所述的通信設備，其特徵在於，在所述濾波器組(521)的下遊包含將接收信號引入基帶的模塊(61)並工作在頻譜掃描和接收中，特別用於接收信號的解調。11、根據權利要求9和10之一所述的通信設備，包括具有解調功能的接收鏈，和/或具有調製功能的發送鏈，其特徵在於，在所述傅立葉變換計算模塊(522)的下遊包含分析和識別模塊(53)以及在解調和/或調製中指示至少一個工作頻帶的判定模塊(55;65)。12、根據權利要求9至11之一所述的通信設備，其特徵在於，作為通信系統的基站。13、根據權利要求9至11之一所述的通信設備，其特徵在於，作為通信系統的終端。14、一種在認知和頻率捷變通信環境中的通信系統，其特徵在於，包含至少一個如權利要求9至13之一所述的通信設備，用作基站和/或終端。15、一種電腦程式產品，基於接收數位訊號從頻譜掃描模塊的存儲器執行，並包含傅立葉變換計算(13)指令，其特徵在於，還包含在所述傅立葉變換計算(13)之前進行多載波整形濾波(12)的指令。16、一種可編程元件，其特徵在於，包含存儲如權利要求15所述的電腦程式產品的存儲器。全文摘要本發明涉及數位訊號的處理，特別是基於接收信號的頻譜掃描。所述處理包括在計算傅立葉變換(13)之前應用於接收信號的多載波整形濾波(12)。本發明對於內容無線通信環境中的動態頻譜分配是有利的。文檔編號H04L27/26GK101263698SQ200680033255公開日2008年9月10日申請日期2006年9月13日優先權日2005年9月13日發明者弗朗索瓦·馬克斯,德尼·卡龍奈申請人:法國電信公司