CN101127573A - 认知无线电应用的多分辨率频谱感测的dwg的方法和*** - Google Patents

认知无线电应用的多分辨率频谱感测的dwg的方法和*** Download PDF

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Abstract

本发明的实施例可以提供在提供用于多分辨率频谱感测(MRSS)技术的灵活的频谱感测分辨率中所应用的数字小波发生器。本发明的实施例可提供多点或多速率数字小波发生器。这些数字小波发生器可以最佳地使用相同的硬件资源，并且不同的小波基可以通过改变存储器寻址方案或时钟速度来产生。

Description

认知无线电应用的多分辨率频谱感测的DWG的方法和***
相关申请
本申请要求于2006年7月28日提交的美国临时专利申请第60/820,757号标题为“用于认知无线电应用的多分辨率频谱感测的数字小波发生器(DWG)的***、方法、和装置”的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明一般涉及数字小波发生器。
背景技术
频谱感测是认知无线电(CR)***的主要功能。为了提供灵活的频谱感测分辨率，可以使用小波基以调节一个或多个频谱感测分辨率。在生成小波基中使用的现有的小波发生器受限制，这是因为它们必须单独存储多个预定的小波基，否则不能容易地改变小波基的分辨率。此外，这些现有的小波发生器通常要求可能包括较高成本和处理时间的复杂硬件。因此，在工业中，需要更灵活的数字小波发生器。
发明内容
根据本发明的实施例，提供一种用于多点数字小波发生器的方法，包括将多个高分辨率小波基的数字化数据点中的每一个存储在存储器的多行中的一行中，基于地址跳跃间隔确定存储器的多行中的跳跃行和未跳跃行，从存储器的每个未跳跃行检索数字化数据点，以及根据时钟频率处理从每个未跳跃行中所检索的数字化数据点，以生成模拟小波基，其中，模拟小波基的持续时间至少部分基于地址跳跃间隔和时钟频率来确定。
根据本发明的另一实施例，一种用于多速率数字小波发生器的方法，包括：将多个高分辨率小波基的数字化数据点中的每一个存储在存储器的多行中的一行中，确定时钟频率，从存储器的每一行中检索数字化数据点，以及根据所确定的时钟频率顺序地处理从每行中检索到的数字化数据点，以生成模拟小波基，其中，模拟小波基的持续时间随着时钟频率增加而降低。
根据本发明的又一实施例，多点数字小波发生器包括：存储器，用于将多个高分辨率小波基的数字化数据点中的每一个存储在存储器的多行中的一行中；寻址方案，具有地址跳跃间隔，其中，地址跳跃间隔确定存储器的多行中的跳跃行和未跳跃行；数字模拟转换器(DAC)，它从存储器的每个未跳跃行中接收数字化数据点，其中，DAC根据时钟频率处理从每个未跳跃行中所接收的数字化数据点，以生成模拟小波基，其中，模拟小波基的持续时间至少部分基于地址跳跃间隔和时钟频率来确定。
根据本发明的又一实施例，多速率数字小波发生器包括：存储器，用于将多个高分辨率小波基的数字化数据点中的每一个存储在存储器的多行中的一行中；时钟，它具有可选择的时钟频率；以及数字模拟转换器(DAC)，它从存储器的每行接收数字化数据点，其中，DAC根据所选择的时钟频率顺序地处理从每行所接收的数字化数据点，以生成模拟小波基，其中，模拟小波基的持续时间随着时钟频率增加而降低。
附图说明
现在，将参照附图用一般术语描述本发明，其中，附图不需要按比例绘制，在附图中：
图1示出了根据本发明示例性实施例的用于认知无线电的多分辨率频谱感测(MRSS)***的简化图；
图2A和2B示出了根据本发明示例性实施例的多点数字小波发生器(MP-DWG)；
图3示出了根据本发明示例性实施例的用于利用图2A和2B的多点数字小波发生器产生小波基的示例方法；
图4A和4B示出了根据所提出的本发明的示例性实施例的多速率数字小波发生器(MR-DWG)；
图5示出了根据本发明示例性实施例的用于利用图4A和4B的多速率数字小波发生器产生小波基的示例方法；以及
图6示出了两个所提出的发明，即MP-DWG和MR-DWG的特性比较表。
具体实施方式
以下，将参照附图更加全面地描述本发明，在附图中示出一些但不是所有的实施例。当然，这些发明可以许多不同的形式实施，并不限于本文所描述的实施例，相反，提供这些实施例使得本公开满足可应用的法律要求。通篇中相同的标号表示相同的元件。
操作环境概述。图1示出了根据本发明的示例性实施例的在用于提供多分辨率频谱感测(MRSS)***100中的用于数字小波发生器(DWG)的操作环境的实例。具体地，图1的***100通常可以包括但不限于，天线102、放大器104、小波脉冲发生器106、模拟相关器108a和108b、媒体访问控制(MAC)模块110、和定时控制112。
根据本发明的示例性实施例，天线102可以是在大频率范围(或许从几兆赫(MHz)到几千兆赫(GHz))范围上可操作的宽带天线。根据本发明的实施例，天线102可以是全方向天线。在没有背离本发明实施例的情况下，尽管可以使用其它类型的放大器，但放大器104可以是低噪声放大器(LNA)和/或可变增益放大器(VGA)。小波脉冲发生器106可以包括数字小波发生器114、本地振荡器116、移相器118(例如，90°移相器)、和乘法器120a和120b。模拟相关器108a可以包括乘法器122、积分器124、采样保持(S/H)电路126、放大器128、和模拟数字转换器(ADC)130。同样，模拟相关器108b可以包括乘法器132、积分器134、采样保持(S/H)电路136、放大器138、和模拟数字转换器(ADC)140。定时控制112可以提供由小波脉冲发生器106、模拟相关器108a、和模拟相关器108b使用的定时信号。
参考图1，小波发生器114可以产生一系列小波基w(t)。如将要进一步详细描述的，根据本发明的示例性实施例，可以改变与这些小波基w(t)相关的分辨率。小波基w(t)可以通过相应的乘法器120a和120b使用具有给定的本地振荡器(LO)116的频率的载波(也许是正交载波)来调制。例如，根据本发明的示例性实施例，正交载波的实例可以包括I-和Q-正弦载波fLO(t)。具有I-和Q-正弦载波fLO(t)，I-分量信号与Q-分量信号可以在幅度上相等但具有由移相器118提供的90度相位差。由小波脉冲发生器106输出的一系列调制的小波基w(t)可以通过相应的乘法器122和132相乘或与随时间变化的输入信号x(t)组合以形成被输入到相应的模拟积分器124和134的模拟相关输出信号。如图1中所示，随时间变化的输入信号可以首先可选地被放大器104放大。然后模拟积分器124和134确定并输出相应的模拟相关值z(t)，这些值然后利用相应的采样保持电路126、136、放大器128、138、和ADC 130、140被数字化以产生相应的采样值sI，K和sQ，K。然后根据本发明的示例性实施例，MAC模块110可以通过对那些值求平方根来确定那些采样值sI，K和sQ，K的幅值pk，如由 | p k | = s I , k 2 + s Q , k 2 所得到的。如果幅值pk大于某一阈值电平，则根据本发明的实施例，MAC模块110然后可以确定有意义的干扰接收(例如，特别检测到的频谱占用)。
如下面将详细描述的，小波发生器114可以以不同形式实施。根据第一实施例，小波发生器114可以是多点数字小波发生器。多点数字小波发生器可以通过调节以恒定时钟频率提供的点的数量来调节所产生的小波基的分辨率。事实上，点的数量可以通过修改用于存储数字小波基数据点的存储器的寻址方案来调节。另一方面，根据第二实施例，小波发生器可以是多速率数字小波发生器。多速率数字小波发生器可以通过提供恒定数量的点，但是调节时钟频率来调节所产生的小波基的分辨率。
下面将分别详细地讨论多点数字小波发生器和多速率数字小波发生器中的每一个，应该理解的是，其它实施例可以将多点和多速率数字小波发生器的各方面相结合。例如，根据本发明的示例性实施例的数字小波发生器可以用于既调节点的数量又调节时钟频率。因此，下面的实施例是示例性的，它们并不用于限制本发明的全部范围。
多点数字小波发生器。根据本发明的实施例，如图2A和2B所示，图1的小波发生器114可以根据多点数字小波发生器(MP-DWG)来实现的。更具体地说，多点数字小波发生器可以提供存储器寻址方案以提供如在图2A中示出的精确小波基216或提供如在图2B中示出的较稀疏的小波基218。图2A的精确小波基216可以具有比图2B的较稀疏的小波基218更高的分辨率，并由此具有更多的点。尽管分别示出了图2A和2B的精确和稀疏小波基216、218，应该意识到，其它精确和稀疏小波基可以包括不同频率的或少或多的点。
如图2A和2B所示，根据本发明实施例的多点数字小波发生器可以包括存储器202、数字模拟转换器(DAC)204、和滤波器206。根据本发明的实施例，存储器202可以包括随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM)中的一种或多种形式。可选地，存储器202可以包括其它的存储装置，包括磁存储设备(如，硬盘)、可移动存储设备、以及其它的易失性或非易失性存储设备。对于数字小波发生器，存储器202可以用于存储与在产生小波基w(t)中所使用的高分辨率小波基相关的数字小波基数据点。更具体地说，在高分辨率小波基中的点可以被存储在存储器202的相应行中。
在数字小波发生器的操作过程中，在存储器202中存储的数字小波基数据点可以被输出或被提供给DAC 204。DAC 204可以将数字小波基数据点从数字形式转换为模拟形式。然后DAC 204可以输出模拟小波基或提供模拟小波基给滤波器206，该滤波器输出得到的模拟小波基w(t)。根据本发明的实施例，滤波器206可以是重建滤波器(可能是低通重建滤波器)，其可以从DAC 204的输出中构建平滑的模拟小波基w(t)。滤波器206及其所期望的截止频率的选择可以取决于所期望的小波基w(t)的分辨率和DAC 204和存储器202的操作参数。
由滤波器206输出的每个小波基w(t)可以包括相关的水平分辨率Nhor和垂直分辨率Nver。小波基w(t)的水平分辨率Nhor可以基于每个小波基w(t)所提供的点的数量。根据本发明的示例性实施例，最大水平分辨率Nhor可以基于存储器202的深度208(例如，行数)，这是因为深度208可以限制以特定时钟频率fCLK存储和检索到的点的数量。因此，存储器202的深度208可以对应于所期望或所要求的最精确的小波基的最大水平分辨率Nhor来被选择。如由图2A和2B所提供的，存储器202的深度208可以是与行0至8相对应的9比特，尽管其它深度可以被用在本发明的其它实施例中。需要意识到的是，小波基w(t)的水平分辨率Nhor也可以与小波基w(t)的持续时间成比例。例如，较长持续时间的小波基w(t)可以包括大量的点，且因此具有较高的水平分辨率Nhor。
小波基w(t)的垂直分辨率Nver(即，在小波基w(t)的每个点之间的间隔的频率)可以基于存储器202的带宽210和DAC 204的分辨率。需要意识到的是，根据本发明的示例性实施例，存储器202的带宽210可以与DAC 204的分辨率相等。如在图2A和2B中所示，存储器的带宽210可以是8比特，尽管其它带宽可以用在本发明的其它实施例中。
根据本发明的示例性实施例，并如在图3的示例性方法300通常描述的，小波基w(t)的分辨率可以通过修改与存取在存储器202中存储的小波基数据点相关的地址跳跃间隔来调节。在步骤302中，可以选择或确定用于存储器202的寻址方案以及更具体的所期望的地址跳跃间隔。根据本发明的示例性实施例，地址跳跃间隔可以提供跳跃存储器202(例如，全部深度208)的零行、一行或多行。如果跳跃存储器202的一行或多行，则然后可以以不同方式执行跳跃行。例如，可以每隔一行地跳跃。可选地，可以每两行地跳跃。用于跳跃行的多种其它方法在没有背离本发明实施例的情况下是可行的。在步骤304中，DAC 204检索或根据所选的寻地跳跃间隔被提供有来自存储器202的数字小波基数据点。例如，在步骤304中，存储在存储器202的未跳跃行(即，所选择或所寻址的行)的数字小波基数据点被输出或提供给DAC 204。在步骤306中，DAC204可以从所检索的数字小波基数据点中产生模拟小波基。最后，在步骤308中，可以是重建滤波器的滤波器206可以根据滤波器206的预定截止频率过滤所产生的模拟小波基。
已经描述了图3的示例性方法，下面将更详细地描述用于图2A的精确小波基216的寻址方案212。对于精确小波基216，地址跳跃间隔可以被设置为跳跃存储器的零行、一行或多行。根据实例，如果存储器202的所有行都如寻址方案212所提供的那样被寻址，则图2A的精确小波基216可以利用与行0至8中的每一行相对应的9比特的水平分辨率Nhor来产成。更具体地说，存储器202的每行可以根据寻址方案212以1/fclk220的时钟存取时间连续地被存取。应该理解的是，小波频率fw可以根据fclk＝fw·(Nhor-1)而基于时钟频率fclk和水平分辨率Nhor。
另一方面，如果仅存储器202的部分行根据寻址方案214在以1/fclk220的相同速率被寻址，然后可以产生图2B的稀疏小波基218。更具体地说，如图2B所示，稀疏小波基218可以是图2A的小波基216的小波频率fw的两倍。为了以相同时钟频率fclk但是两倍的小波频率fw来生成小波基218，根据fclk＝fw·(Nhor-1)，小波基218的水平分辨率Nhor可以需要存储器202中的五行。因此，根据寻址方案214，存储器202中的每隔一行可以以1/fclk220的速率被存取。例如，如果1/fclk220的速率是125nsec，则根据fclk＝fw·(Nhor-1)，对于精确小波基216，小波频率fw可以是1MHz以及对于稀疏小波基218，小波频率fw可以是2MHz。
如图2A、2B、和图3所示，应该理解，多点数字小波发生器的优点在于，稀疏和精确小波基的变化可以通过修改对存储器202的寻址方案(例如，行312、314等)以使用存储器202的所有或仅使用部分深度208来产生的。事实上，通过增加寻址跳跃间隔，可以获得稀疏小波基218的一种或多种改变。此外，因为相同的采样频率fclk被用于任意小波持续时间，所以可以是重建滤波器的滤波器206可以使用特定的截止频率来设置。此外，应该意识到的是，相同的存储器202可以被用于产生精确和稀疏的小波基且不需要其它的存储器202硬件用于产生精确和稀疏的小波基。事实上，如上所述，存储器202的深度208可以被设置为所期望的最精确小波基216的最大分辨率Nhor。因此，更稀疏的小波基218然后可以通过仅利用行214的一部分而不是存储器202的全部深度208来获得。
多速率数字小波发生器。根据本发明的示例性实施例，如图4A和4B所示，图1的小波发生器114可以根据多速率(MR)数字小波发生器(DWG)来实现。更具体地说，多速率数字小波发生器可以提供调节时钟速率或频率以提供如图4A所示的精确小波基416或提供如图4B所示的更稀疏的小波基418。
如图4A和4B所示，根据本发明实施例的多速率数字小波发生器可以包括存储器402、数字模拟转换器(DAC)404、以及可变滤波器406。根据本发明的实施例，存储器402可以包括随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM)中的一种或多种形式。可选地，存储器402可以包括其它存储装置，包括磁存储设备(如，硬盘)、可移动存储设备、以及还有其它的易失性或非易失性存储器设备。存储器402可以用于存储与在产生小波基w(t)中所使用的高分辨率小波基相关的数字小波基数据点。更具体地说，在高分辨率小波基中的点可以被存储在存储器402的相应行中。
在数字小波发生器的操作过程中，数字小波基数据点可以被输出或提供给DAC 404。DAC 404可以将数字小波基数据点从数字形式转换为模拟形式。然后DAC 404可以输出或提供模拟小波基给可变滤波器406，该可变滤波器输出所产生的被过滤的模拟小波基w(t)。根据本发明的实施例，可变滤波器406可以是可变重建滤波器(可能是低通可变重建滤波器)，其可以从DAC 404的输出中构建平滑的模拟小波基w(t)。应该意识到的是，可变滤波器406的截止频率可以基于与存储器402和/或DAC 404相关的时钟频率fCLK被调节。
由滤波器406输出的每个小波基w(t)可以包括相关的水平分辨率Nhor和垂直分辨率Nver。小波基w(t)的水平分辨率Nhor可以是基于每个小波基w(t)所提供的点的数量。对于小波基w(t)，水平分辨率Nhor可以等于存储器402的深度408。如在图4A和4B中所示，水平分辨率Nhor可以是5比特(例如，行数0至4)。小波基的垂直分辨率Nver(即，在小波基w(t)的每个点之间的间隔频率)可以如下所述被调节以提供精确或稀疏小波基w(t)的一种或多种变化。事实上，垂直分辨率Nver可以基于所选的时钟频率fCLK被确定。
根据本发明的示例性实施例，并如图5的示例方法500通常所描述的，可以调节小波基w(t)的分辨率。在步骤502中，可以选择用于存取存储在存储器402中的小波基数据点的时钟速率fCLK。在步骤504中，DAC 404根据所选的时钟速率fCLK检索或被提供有来自存储器402的数字小波基数据点。在步骤506中，DAC 404可以从所检索的数字小波基数据点中产生模拟小波基。最后，在步骤508中，可以是可变重建滤波器的可变滤波器406可以根据所确定的截止频率过滤所产生的模拟小波基。具体地，用于可变滤波器406的截止频率可以基于用于存取存储在存储器402中的小波基数据点的时钟速率fCLK来确定。
现在将更详细地讨论用于生成图4A的精确小波基416和稀疏小波基418的时钟速率fCLK的调节。在图4A和图4B中，小波基416、418中的任一个的水平分辨率Nhor可以是5比特。存储器402的每行(即，全部深度408)可以以时钟速率Nhor被连续地存取。具体地，对于精确小波基416，存储器402的每行可以根据第一时钟存取时间1/fclk1420被存取。另一方面，对于稀疏小波基418，存储器402的每行可以根据第二时钟存取时间1/fclk2422被存取。例如，用于稀疏小波基418的第二时钟存取时间1/fclk2422可以被设置成用于精确小波基416的第一时钟存取时间1fclk1420的一半。在这种情形下，对于给定的用于两种情况的5比特的水平分辨率Nhor，稀疏小波基418的小波频率fw可以是精确小波基416的小波频率fw的两倍。例如，如果对于精确小波基416，小波频率fw被假定为是1MHz以及对于稀疏小波基418，小波频率fw被假定为是2MHz，则根据fclk＝fw·(Nhor-1)，第一时钟存取时间1/fclk1420是250nsec，以及第二时钟存取时间1/fclk2422是125nsec。因此对于精确小波基416，可以延长时钟存取时间，而对于稀疏小波基418，可以缩短时钟存取时间。
应该意识到的是，对于多速率数字小波发生器，水平分辨率Nhor与任意小波持续时间相同。因此，如由存储器寻址方案412、414所示，存储器402可以被连续存取。相反，在产生精确小波基416和稀疏小波基418时，改变时钟速率fclk。因此，多速率数字小波发生器可以通过调节时钟存取时间来修改小波基的持续时间。
多速率数字小波发生器的优点在于，存储器402的深度408可以在大小上被最优化。因为每个小波基的水平分辨率Nhor对所有小波基是相同的，在所要求的存储器402中不存在冗余量。此外，可以利用简单的地址存取方案412、414。
比较结果。图6示出了在多点数字小波发生器(MP-DWG)和多速率数字小波发生器(MR-DWG)之间的比较结果表。应该意识到的是，对于MP-DWG的重建滤波器206的硬件负担小于用于MR-DWG的可变重建滤波器406的硬件负担。另一方面，用于MP-DWG的存储器202的硬件负担大于用于MR-DWG的存储器402的硬件负担。
本领域技术人员应该想到这里所述的许多修改以及其它实施例，对于他们而言，这些发明具有在前描述以及相关附图中表现出的主旨上的优点。因此，应该理解，这些发明并不局限于所公开的特定实施例，并且一些修改和其它实施例应包括在所附权利要求的范围内。尽管这里采用了特定的术语，但是它们仅仅是作为一般性及描述性的意义来使用的，并不是作为限制的目的来使用的。

Claims (20)

1.一种用于多点数字小波发生器的方法，包括：
将多个高分辨率小波基的数字化数据点中的每一个存储在存储器的多行中的一行中；
基于地址跳跃间隔确定所述存储器的所述多行中的跳跃行和未跳跃行；
从所述存储器的每个未跳跃行检索数字化数据点；以及
根据时钟频率处理从每个未跳跃行中所检索的所述数字化数据点，以产生模拟小波基，其中，所述模拟小波基的持续时间至少部分基于所述地址跳跃间隔和所述时钟频率被确定。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述存储器的所述多行被顺序寻址，以及其中，偶数地址行被确定为所述跳跃行以及奇数地址行被确定为所述未跳跃行。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，没有行被确定为所述多行中的跳跃行。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，处理所检索的所述数字化数据点包括数字模拟转换器(DAC)将所检索的所述数字化数据点转换为所述模拟小波基。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，随着跳跃行的数量根据地址跳跃间隔增加，所述模拟小波基的所述持续时间减少。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括使用具有预定截止频率的重建滤波器过滤所述模拟小波基。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述存储器包括随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM)中的至少一种。
8.一种用于多速率数字化小波发生器的方法，包括：
将多个高分辨率小波基的数字化数据点中的每一个存储在存储器的多行中的一行中；
确定时钟频率；
从所述存储器的每一行检索数字化数据点；以及
根据所确定的所述时钟频率顺序地处理从每行检索到的所述数字化数据点，以产生模拟小波基，其中，所述模拟小波基的所述持续时间随着所述时钟频率增加而降低。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：使用具有可变截止频率的可变重建滤波器过滤所述模拟小波基。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述可变截止频率根据所确定的所述时钟频率来调节。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述存储器包括随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM)中的至少一种。
12.一种多点数字小波发生器，包括：
存储器，用于将多个高分辨率小波基的数字化数据点中的每一个存储在存储器的多行中的一行中；
寻址方案，具有地址跳跃间隔，其中，所述地址跳跃间隔确定所述存储器的所述多行中的跳跃行和未跳跃行；以及
数字模拟转换器(DAC)，从所述存储器的每个未跳跃行接收数字化数据点，其中，所述DAC根据时钟频率处理从每个未跳跃行所接收的所述数字化数据点，以产生模拟小波基，其中，所述模拟小波基的持续时间至少部分基于所述地址跳跃间隔和所述时钟频率被确定。
13.根据权利要求12所述的多点数字小波发生器，其中，所述存储器的所述多行被顺序寻址，以及其中，偶数地址行被确定为所述跳跃行以及奇数地址行被确定为所述未跳跃行。
14.根据权利要求12所述的多点数字小波发生器，其中，没有行被确定为所述多行的跳跃行。
15.根据权利要求12所述的多点数字小波发生器，其中，随着跳跃行的数量根据所述地址跳跃间隔增加，所述模拟小波基的所述持续时间减少。
16.根据权利要求12所述的多点数字小波发生器，还包括过滤所述模拟小波基的具有预定截止频率的重建滤波器。
17.根据权利要求12所述的多点数字小波发生器，其中，所述存储器包括随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM)中的至少一种。
18.一种多速率数字小波发生器，包括：
存储器，用于将多个高分辨率小波基的数字化数据点中的每一个存储在所述存储器的多行中的一行中；
时钟，具有可选择的时钟频率；以及
数字模拟转换器(DAC)，从所述存储器的每行接收所述数字化数据点，其中，所述数字模拟转换器根据所选择的所述时钟频率顺序地处理从每行所接收到的所述数字化数据点，以产生模拟小波基，其中，所述模拟小波基的持续时间随着所述时钟频率增加而降低。
19.根据权利要求18所述的多速率数字小波发生器，还包括重建滤波器，根据可选择的截止频率过滤所述模拟小波基，其中，至少部分基于所选择的所述时钟频率来选择所述截止频率。
20.根据权利要求18所述的多速率数字小波发生器，其中，所述存储器包括随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM)中的至少一种。
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