[發明專利]分布式頻譜感測

有效

• 申請號: 200980134596.1
• 申請日: 2009-08-27
• 公開（公告）號: CN102204380A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發明（設計）人: Y.王;A.V.潘達里潘德
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司;NXP有限公司
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04;H04W16/14
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李亞非;劉鵬

技術領域

本發明總體上涉及用于感測無線電網絡的頻譜的裝置、方法、計算機程序產品和系統。

背景技術

廣泛認識到的是，未來的無線系統將是認知性的并且能夠按照機會使用無線電頻譜。存在若干定義這樣的系統的技術要求的標準化機構（例如電氣和電子工程師協會（IEEE）802.22）和監管機構（例如聯邦通信委員會（FCC06，FCCM06））。這樣的系統中的中心問題是獲得感興趣寬帶頻譜區域中的頻譜占用率。例如，FCC正在為這樣的認知網絡考慮從54MHz到862MHz的區域內的頻譜。在從2GHz到5GHz的區域內的頻譜方面引起了類似的興趣。

在頻譜估計領域，近來已經開發了稱為“壓縮感測”的技術。為了估計頻譜，需要長度為N的自相關序列

?????????????????????????????????????????????（1）

其中每一項

，???????????????????????????????（2）

對應于接收的信號x(t)在特定時延下的自相關。采樣時間對應于要感測的頻帶的總帶寬的倒數。該自相關序列的長度N對應于頻率分辨率，即N越大，那么估計的頻譜的頻率分辨率越佳。頻譜可以估計為等式（1）中的自相關序列r的傅立葉變換。在矩陣形式下，估計的頻譜矢量為：

?????????????????????????????????????????????????????（3）

其中F表示大小為N×N的離散傅立葉變換（DFT）矩陣。

D.?Donoho,?“Compressed?sensing”,?IEEE?Transactions?on?Information?Theory,?pp?1289-1306,?April?2006中描述了一種示例性壓縮感測（CS）框架。假設?xR^N?為信號，并且為張成R^N的矢量基，如果x可以由來自的K<<N個矢量的線性組合很好地近似，那么可以說x在中是K稀疏的。在矩陣形式下，即：

????????????????????????????????????????????????????（4）

其中為包含K個非零項的稀疏矢量。CS理論說明，有可能使用其中M<<N的M×N測量矩陣，而測量y=x仍然保留關于K稀疏信號x的必要信息。測量矩陣的一個實例是具有獨立同分布高斯項的隨機矩陣。使用與基矢量矩陣不相干（incoherent）的任何矩陣，有可能從CS測量y復原K稀疏信號x。CS復原問題的典范公式求解l₁最小化問題：

??????????????????????（5）。

該問題需要M=cK個測量，其中c為某個常數。例如J.?Tropp和A.?Gilbert,?“Signal?recovery?from?random?measurements?via?orthogonal?matching?pursuit”,?IEEE?Transactions?on?Information?Theory,?pp?4655-4666,?Dec?2007中所描述的迭代貪心追蹤算法經常用于CS復原，例如正交匹配追蹤（OMP）算法。

為頻譜感測估計的信號是等式（1）中的自相關序列r，或者等效地為其頻域版本，等式（3）中的r_f。為了將CS應用于頻譜估計，可以在基矩陣上利用稀疏矢量z使用r的稀疏表示，使得r=z，并且z包含大量零項或者接近零的項。

Z.?Tian和G.?B.?Giannakis,?“Compressed?Sensing?for?Wideband?Cognitive?Radios”,?ICASSP,?pp?1357-1360,?2007描述了作為r的稀疏表示的邊緣頻譜z。邊緣頻譜可以定義為原始信號頻譜的平滑版本的導數：

?????????????????????????????（6）