專利名稱：使用隨機(jī)霍夫變換來(lái)檢測(cè)具有周期性發(fā)射圖案的無(wú)線電系統(tǒng)的方法和設(shè)備的制作方法
本申請(qǐng)要求2004年2月2日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)60/541,207的利益，其中該申請(qǐng)的教導(dǎo)在此引入作為參考。
在無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)遭遇到諸如雷達(dá)(例如初級(jí)發(fā)射器，primaryemitter)之類的其他設(shè)備或是在其附近發(fā)射能量(并且由此使用了共享無(wú)線電資源)的其它無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)(例如次級(jí)發(fā)射器)的時(shí)候，可期望對(duì)這些其他設(shè)備的無(wú)線電資源使用圖案的進(jìn)行表征。對(duì)使用圖案的這種表征導(dǎo)致了對(duì)無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)發(fā)射和/或接收信號(hào)的時(shí)機(jī)的識(shí)別。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)只有在它們檢測(cè)到?jīng)]有雷達(dá)的情況下才被允許進(jìn)行操作。如果無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)到運(yùn)作的雷達(dá)信號(hào)，那么所述無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)必須撤出那個(gè)頻帶。
目前，霍夫變換已被用于檢測(cè)此類其他設(shè)備。舉個(gè)例子，霍夫變換被用于檢測(cè)雷達(dá)脈沖以供創(chuàng)建了周期性圖案的任何類型的無(wú)線電信號(hào)使用。寬度重復(fù)表示的是所使用的雷達(dá)的類型。在圖像處理文獻(xiàn)中已經(jīng)對(duì)霍夫變換進(jìn)行了研究，以便將其用于檢測(cè)二進(jìn)制圖像中的線條、圓形和橢圓形之類的圖案。在對(duì)具有很多重疊圖案以及隨機(jī)噪聲的數(shù)據(jù)中的圖案的檢測(cè)中，證實(shí)了霍夫變換是非常有效的。在存在非正常值(outlier)的情況下，與通常使用的最小平方估計(jì)相比，霍夫變換對(duì)噪聲而言更堅(jiān)固。


圖1A和1B描述的是用于在圖像空間(圖1A)以及參數(shù)空間(圖1B)中檢測(cè)直線的霍夫變換。圖像空間是用(x，y)表示的，而參數(shù)空間則是用(斜率，截距)、也就是(m，c)表示的。對(duì)圖1A的圖像空間中的每一個(gè)點(diǎn)(例如p和q)而言，如所示，在圖1B的參數(shù)空間中產(chǎn)生一條線。參數(shù)空間可以被視為是二維直方圖。參數(shù)空間中的峰值(r)則與圖像空間中的某一條線是對(duì)應(yīng)的。由于在圖像空間中，共線點(diǎn)的集合足以產(chǎn)生參數(shù)空間中的峰值，因此霍夫變換是堅(jiān)固的。然而，該變換也存在一個(gè)缺點(diǎn)，那就是參數(shù)空間需要在檢測(cè)設(shè)備中具有大量的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器，以便檢測(cè)直線(也就是說(shuō)，在給出了具有兩個(gè)點(diǎn)的一維測(cè)度集合的情況下，在參數(shù)空間中將會(huì)產(chǎn)生斜率的一個(gè)直方圖)。
本發(fā)明提供的解決方案減輕了已知方法和系統(tǒng)對(duì)于存儲(chǔ)器的需求。這種解決方案是使用稱為隨機(jī)霍夫變換(RHT)的特定霍夫變換來(lái)檢測(cè)環(huán)繞在圓柱體上的螺旋線的參數(shù)。應(yīng)用于直線檢測(cè)的RHT將會(huì)導(dǎo)致隨機(jī)揀選點(diǎn)對(duì)(pair of point)，并且將會(huì)導(dǎo)致計(jì)算和累加某個(gè)參數(shù)(例如斜率)。當(dāng)在峰值中達(dá)到足夠的置信度的時(shí)候，該處理將會(huì)停止，由此減少存儲(chǔ)器和處理時(shí)間。
在一個(gè)方面中，用于識(shí)別無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)時(shí)機(jī)的方法包括了幾個(gè)步驟。其中一個(gè)步驟是在第一時(shí)段中進(jìn)行偵聽。另一個(gè)步驟是檢測(cè)第一忙碌時(shí)隙。幾個(gè)附加步驟則包括在第二個(gè)時(shí)段中進(jìn)行偵聽；檢測(cè)第二忙碌時(shí)隙；在第三個(gè)時(shí)段中進(jìn)行偵聽；以及檢測(cè)第三個(gè)忙碌時(shí)隙。別的步驟則是辨別作為時(shí)間函數(shù)的第一、第二和第三忙碌時(shí)隙序列。其他的步驟包括對(duì)該序列執(zhí)行隨機(jī)霍夫變換；以及基于所述隨機(jī)霍夫變換來(lái)產(chǎn)生一個(gè)直方圖；識(shí)別直方圖中的峰值；確定這些峰值是否對(duì)應(yīng)于已知的雷達(dá)；以及識(shí)別發(fā)射時(shí)機(jī)。
在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括至少在一個(gè)第四時(shí)段中進(jìn)行偵聽，并且檢測(cè)至少一個(gè)第四忙碌時(shí)隙。
在另一個(gè)實(shí)施例中，確定步驟將會(huì)確定所述峰值是否在有限帶寬中與已知的雷達(dá)相對(duì)應(yīng)。
在另一個(gè)方面中，一種用于識(shí)別無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)機(jī)的設(shè)備包括；信源；用于執(zhí)行計(jì)算的處理器，其中該處理器包括用于執(zhí)行隨機(jī)霍夫變換的裝置、用于根據(jù)隨機(jī)霍夫變換來(lái)產(chǎn)生直方圖的裝置、用于識(shí)別直方圖中的峰值的裝置、以及用于識(shí)別發(fā)射時(shí)機(jī)的裝置；存儲(chǔ)器；以及至少一個(gè)偵聽設(shè)備。
在一個(gè)實(shí)施例中，該設(shè)備包括介質(zhì)訪問(wèn)控制、物理層、以及至少一個(gè)發(fā)射機(jī)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，偵聽設(shè)備是一種IEEE802.11槽機(jī)構(gòu)(slotmechanmism)。
本發(fā)明提供了很多優(yōu)點(diǎn)，并且從下文的描述、附圖以及權(quán)利要求書中可以清楚了解這些優(yōu)點(diǎn)。
圖1A描述的是用于在圖像空間中檢測(cè)直線的霍夫變換；圖1B描述的是用于在參數(shù)空間中檢測(cè)直線的霍夫變換；圖2描述的是用于檢測(cè)和表征設(shè)備的無(wú)線電資源使用圖案的方法；
圖3描述的是由上文的RHT等式1給出的螺旋線圖形，其中ω＝1；圖4描述的是用于Lp1的ω的直方圖；圖5描述的是用于Lp2的ω的直方圖；以及圖6描述的是用于檢測(cè)和表征設(shè)備的無(wú)線電資源使用圖案的設(shè)備；圖7描述的是測(cè)量結(jié)果在時(shí)間上的自相關(guān)的圖形。
圖2是描繪用于在無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中識(shí)別發(fā)射和/或接收時(shí)機(jī)的方法的不同步驟的框圖。在步驟201中，無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備會(huì)在一個(gè)時(shí)段中進(jìn)行偵聽，以便檢測(cè)第一忙碌時(shí)隙。該處理可以用本領(lǐng)域中已知的任何類型的偵聽設(shè)備來(lái)完成。在步驟202中，無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備會(huì)查詢是否檢測(cè)到第一忙碌時(shí)隙。如果沒有的話，那么無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備會(huì)在一個(gè)附加時(shí)段中就第一忙碌時(shí)隙進(jìn)行偵聽，由此返回到了步驟201。如果無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備檢測(cè)到了第一忙碌時(shí)隙，那么在步驟203中，該設(shè)備會(huì)在第二時(shí)段中進(jìn)行偵聽。在步驟204中，無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將會(huì)查詢是否檢測(cè)到第二忙碌時(shí)隙。如果沒有的話，那么它會(huì)在一個(gè)附加時(shí)段中就第二忙碌時(shí)隙進(jìn)行偵聽。如果無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備檢測(cè)到第二忙碌時(shí)隙，那么在步驟205中，該設(shè)備會(huì)在第三時(shí)段中進(jìn)行偵聽。只有在無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備檢測(cè)到第三忙碌時(shí)隙、通過(guò)步驟206中的查詢確認(rèn)的時(shí)候，用于產(chǎn)生經(jīng)過(guò)修改的霍夫變換的處理才會(huì)開始執(zhí)行。此外，在步驟205.1以及206.1中，無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以執(zhí)行關(guān)于第四忙碌時(shí)隙的偵聽和查詢，此外也可以在步驟201～206之外對(duì)任意數(shù)量的忙碌時(shí)隙進(jìn)行偵聽和查詢。
一旦無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在步驟201～206中檢測(cè)到三個(gè)忙碌時(shí)隙，那么它必須在步驟207中辨別出作為時(shí)間函數(shù)的第一、第二和第三忙碌時(shí)隙序列。例如，與忙碌時(shí)隙三和二之間的空閑時(shí)隙數(shù)量相比，用于分離第二與第一忙碌時(shí)隙的空閑時(shí)隙數(shù)量應(yīng)該與之相等，或者其間的差值應(yīng)該受限于(也就是小于)一個(gè)小的數(shù)值。如果它不能辨別作為時(shí)間函數(shù)的被檢測(cè)忙碌時(shí)隙序列，那么它會(huì)開始重復(fù)執(zhí)行步驟201～206。如果無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備辨別出作為時(shí)間函數(shù)的第一、第二和第三忙碌時(shí)隙序列，那么在下文所述的步驟208.1～208.2中，其中將會(huì)借助軟件、算法和/或處理器來(lái)執(zhí)行隨機(jī)霍夫變換。
本發(fā)明使用了一個(gè)1-D到3-D的變換(與光柵掃描相似)，然后則應(yīng)用霍夫變換來(lái)檢測(cè)對(duì)應(yīng)于脈沖列(pulse train)的直線。此外，在這里還引入了關(guān)于固有噪聲電平(noise floor)的計(jì)算。依照本方法，在步驟208.1中，首先將會(huì)借助一個(gè)變換步驟而將1-D信號(hào)變換成3-D螺旋形信號(hào)。接著，在步驟208.2中，其中將會(huì)借助一個(gè)轉(zhuǎn)換步驟而將RHT應(yīng)用于3-D螺旋形信號(hào)。
本方法可以包括產(chǎn)生一條螺旋線，所述螺旋線可以用以下的參數(shù)等式來(lái)表示X(t)＝sin(ωt)Y(t)＝cos(ωt).........(1)Z(t)＝t這條螺旋線是圓柱形的(與更為常見的橢圓形相反)并具有單位半徑。
新的螺旋線可以基于參數(shù)ω來(lái)產(chǎn)生，其中在ω減小的時(shí)候，所述螺旋線將會(huì)更緩慢地纏繞在圓柱體上。在圖3中，藍(lán)色的螺旋線上的點(diǎn)自身形成了一條螺旋線，并且該螺旋線的ω值小于1。在給出了螺旋線上的兩個(gè)點(diǎn)P0(x0，y0，z0)以及P1(x1，y1，z1)的情況下，參數(shù)ω可以用以下等式給出ω=(atan(y1x1)-atan(y0x0)z1-z0)···(2)]]>如果這兩個(gè)點(diǎn)P0和P1處于螺旋線的一個(gè)旋轉(zhuǎn)(twirl)內(nèi)，那么ω的結(jié)果是1。由螺旋線的一個(gè)旋轉(zhuǎn)所給出的線段長(zhǎng)度是l=2*π*1+(1ω)2···(3)]]>在圖2中的步驟209中，其中借助了某種算法或是任何其他已知的直方圖產(chǎn)生機(jī)制來(lái)產(chǎn)生一個(gè)基于步驟609.1和609.2中執(zhí)行的隨機(jī)霍夫變換的直方圖。作為直方圖生成的實(shí)例，在步驟610中，借助矢量Lp來(lái)代表單個(gè)脈沖的雷達(dá)脈沖列的位置(到達(dá)時(shí)間)，所述單個(gè)脈沖是以一個(gè)時(shí)段上50個(gè)脈沖的速率重復(fù)的。圖4中的ω直方圖則是對(duì)于Lp1＝[9，59，109，159，209，259，309，359]獲取的。
在步驟210中，無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)會(huì)在步驟209所產(chǎn)生的直方圖中識(shí)別峰值。而圖4中的峰值30則代表了信號(hào)序列中的脈沖重復(fù)頻率。
對(duì)圖4所描述的情況而言，ω＝0.116。然而，圖5描述了這樣一種情況，其中在以一個(gè)時(shí)段上40和50個(gè)脈沖的速率重復(fù)的脈沖上復(fù)用了兩個(gè)脈沖列，并且這兩個(gè)脈沖列是用Lp2＝[9，20，59，60，100，109，140，159，180，209，220，259，260，300，309，340，359]表示的。峰值40和41代表了與上述序列中大小為40和50的速率相對(duì)應(yīng)的信號(hào)序列中的脈沖重復(fù)頻率。應(yīng)該指出的是，ω＝1對(duì)應(yīng)的是處于一個(gè)旋轉(zhuǎn)內(nèi)的螺旋線上的點(diǎn)。作為模型的人工產(chǎn)物，它是可以忽略的。
一旦在步驟210中識(shí)別了峰值，那么在步驟211中，無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)可以確定所述峰值是否對(duì)應(yīng)于某個(gè)已知雷達(dá)。其中舉例來(lái)說(shuō)，該處理可以通過(guò)對(duì)所識(shí)別的峰值與存儲(chǔ)器中保存的峰值數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果這些峰值不與已知的雷達(dá)相對(duì)應(yīng)，那么無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)將會(huì)重復(fù)執(zhí)行步驟207～211。如果這些峰值對(duì)應(yīng)于某個(gè)已知雷達(dá)，那么在步驟212中，無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)將會(huì)了解到與所述雷達(dá)相關(guān)的周期和使用情況，并且可以識(shí)別出發(fā)射和/或接收信號(hào)的時(shí)機(jī)。在步驟213中，無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)將會(huì)基于步驟212中的時(shí)機(jī)識(shí)別處理來(lái)執(zhí)行發(fā)射和/或接收操作。
本方法可以與那些用于檢測(cè)周期性干擾的備選方法相關(guān)聯(lián)，其中舉例來(lái)說(shuō)，所述方法是以測(cè)量結(jié)果在時(shí)間上的自相關(guān)為基礎(chǔ)的。圖7顯示了兩個(gè)矢量Lp1和Lp2的自相關(guān)函數(shù)。可以看出的是，與霍夫變換相似，該方法同樣對(duì)周期進(jìn)行檢測(cè)。不同備選方案所得到的結(jié)果可用于相互幫助選擇判定閾值。這兩種方法的組合則可以提高檢測(cè)幾率。
圖6描述的是一個(gè)用于檢測(cè)和表征設(shè)備的無(wú)線電資源使用圖案的設(shè)備。設(shè)備607可以包括至少一個(gè)天線或其他偵聽設(shè)備605，發(fā)射機(jī)606、處理器601以及存儲(chǔ)器608。源604可以是比如接收系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)、PDA、蜂窩電話之類的設(shè)備，也可以是其他的接收設(shè)備或系統(tǒng)。舉例來(lái)說(shuō)，源604可以借助無(wú)線廣域網(wǎng)、無(wú)線城域網(wǎng)、無(wú)線局域網(wǎng)、陸地廣播系統(tǒng)(無(wú)線電廣播、TV)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、蜂窩電話或無(wú)線電話網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)部通信總線、內(nèi)部連接以及這些和其他類型網(wǎng)絡(luò)的某些部分或是其組合而在一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接上提供信息。
舉個(gè)例子，如果設(shè)備607是在802.11WLAN內(nèi)工作的，那么源604將會(huì)包含介質(zhì)訪問(wèn)控制(MAC)層602以及物理層(PHY)603。處理器601則會(huì)指示偵聽設(shè)備605進(jìn)行第一時(shí)段的偵聽。當(dāng)處理器601檢測(cè)到第一忙碌時(shí)隙的時(shí)候，它會(huì)指示偵聽設(shè)備605進(jìn)行第二時(shí)段的偵聽。當(dāng)處理器602檢測(cè)到第二忙碌時(shí)隙的時(shí)候，它會(huì)指示偵聽設(shè)備605執(zhí)行第三時(shí)段的偵聽。一旦檢測(cè)到第三忙碌時(shí)隙，那么處理器601會(huì)將忙碌時(shí)隙與存儲(chǔ)器608中的序列相比較，從而辨別出一個(gè)作為時(shí)間函數(shù)的第一、第二和第三忙碌時(shí)隙序列。其中舉例來(lái)說(shuō)，處理器601與存儲(chǔ)器608之間的連接可以表示總線、通信網(wǎng)絡(luò)、電路、電路卡或其他設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部連接，此外也可以表示這些和其他通信介質(zhì)的某些部分或是其組合。
然后，處理器601會(huì)像先前所描述的那樣使用軟件、算法或是其他計(jì)算裝置來(lái)對(duì)該序列執(zhí)行隨機(jī)霍夫變換。接著，處理器601將會(huì)基于隨機(jī)霍夫變換來(lái)產(chǎn)生一個(gè)直方圖，并且將會(huì)識(shí)別這個(gè)直方圖中的峰值。之后，處理器601會(huì)將這些峰值與存儲(chǔ)器608中保存的峰值數(shù)據(jù)相比較，以便確定這些峰值是否與已知的雷達(dá)相對(duì)應(yīng)。隨后，處理器601將會(huì)基于當(dāng)前已知的雷達(dá)的已知狀態(tài)來(lái)識(shí)別發(fā)射時(shí)機(jī)。而源604則會(huì)使用MAC602以及PHY603來(lái)確定何時(shí)使用發(fā)射機(jī)606來(lái)執(zhí)行發(fā)射操作。
處理器601可以是任何裝置，例如算術(shù)、通用或?qū)Ｓ糜?jì)算系統(tǒng)，此外它也可以是某種硬件結(jié)構(gòu)，例如膝上型計(jì)算機(jī)、臺(tái)式計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、手持計(jì)算機(jī)、專用邏輯電路或集成電路。另外，處理器601還可以是可編程陣列邏輯(PAL)、專用集成電路(ASIC)等裝置，這些裝置可以是經(jīng)過(guò)編程而包含了軟件指令的硬件，其中所述軟件指令則會(huì)響應(yīng)于已知輸入而提供一個(gè)已知輸出。這里描述的部件還可以作為分立的硬件部件來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中所述分立的硬件部件能夠使用編碼邏輯操作或是通過(guò)運(yùn)行硬件可執(zhí)行代碼來(lái)實(shí)施所顯示的操作。
上文中的表述和實(shí)例僅僅是示范性的，并且這些表述和實(shí)例并沒有限制下列權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于在無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中識(shí)別時(shí)機(jī)的方法，包括在第一時(shí)段中進(jìn)行偵聽；檢測(cè)第一忙碌時(shí)隙；在第二時(shí)段中進(jìn)行偵聽；檢測(cè)第二忙碌時(shí)隙；在第三時(shí)段中進(jìn)行偵聽；檢測(cè)第三忙碌時(shí)隙；辨別一個(gè)作為時(shí)間函數(shù)的第一、第二和第三忙碌時(shí)隙序列；對(duì)這個(gè)序列執(zhí)行隨機(jī)霍夫變換；基于隨機(jī)霍夫變換來(lái)產(chǎn)生一個(gè)直方圖；識(shí)別該直方圖中的峰值；確定這些峰值是否與已知雷達(dá)相對(duì)應(yīng)；以及識(shí)別發(fā)射時(shí)機(jī)。
2.權(quán)利要求1的方法，其中該方法還包括至少在第四時(shí)段中進(jìn)行偵聽，并且至少檢測(cè)一個(gè)第四忙碌時(shí)隙。
3.權(quán)利要求1的方法，其中確定步驟確定在有限帶寬中這些峰值是否與已知的雷達(dá)相對(duì)應(yīng)。
4.一種用于在無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中識(shí)別時(shí)機(jī)的設(shè)備(607)，包括a)一個(gè)源(604)；b)用于執(zhí)行計(jì)算的處理器(601)，所述處理器包括用于執(zhí)行隨機(jī)霍夫變換的裝置，用于根據(jù)隨機(jī)霍夫變換來(lái)產(chǎn)生直方圖的裝置，用于識(shí)別直方圖中的峰值的裝置，以及用于識(shí)別發(fā)射時(shí)機(jī)的裝置，c)存儲(chǔ)器(608)，以及d)至少一個(gè)偵聽設(shè)備(605)。
5.權(quán)利要求4的設(shè)備(607)，其中該設(shè)備還包括介質(zhì)訪問(wèn)控制(602)，物理層(603)，以及至少一個(gè)發(fā)射機(jī)(606)。
6.權(quán)利要求4的設(shè)備，其中偵聽設(shè)備(607)是一個(gè)IEEE 802.11槽機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明包括一種用于在無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中識(shí)別發(fā)射時(shí)機(jī)的方法和設(shè)備。所述方法和設(shè)備會(huì)在第一、第二和第三時(shí)段中進(jìn)行偵聽，以便檢測(cè)第一、第二和第三忙碌時(shí)隙。處理器則辨別一個(gè)作為時(shí)間函數(shù)的第一、第二和第三忙碌時(shí)隙序列，對(duì)該序列執(zhí)行隨機(jī)霍夫變換，基于隨機(jī)霍夫變換來(lái)產(chǎn)生一個(gè)直方圖，識(shí)別該直方圖中的峰值，確定這些峰值是否與已知的雷達(dá)相對(duì)應(yīng)，并且識(shí)別發(fā)射時(shí)機(jī)。
文檔編號(hào)H04W16/14GK1914945SQ200580003819
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2005年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月2日
發(fā)明者K·查拉帕利, S·曼戈?duì)柕?申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司