[發明專利]感知無線電的資源利用裝置、方法及感知無線電系統

無效

• 申請號: 201110373548.7
• 申請日: 2011-11-22
• 公開（公告）號: CN103138846A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 李宏超;張杰;周華
• 申請（專利權）人: 富士通株式會社
• 主分類號: H04B17/00
• 分類號: H04B17/00;H04W16/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 李輝;陶海萍

技術領域

本發明涉及通信系統，尤其涉及一種感知無線電的資源利用裝置、方法及感知無線電系統。

背景技術

隨著信息時代的到來，無線設備被廣泛使用，無線頻譜已經成為現代社會不可或缺的寶貴資源。無線頻譜資源的分配利用通常是由無線電法規部門規定。目前世界各國普遍采用基于靜態固定頻段分配的原則，由此導致了頻譜資源的利用通常低于30％。可見頻譜的固定分配策略不能有效的利用頻譜資源。

近年來通信界普遍認識到，固定頻帶分配是造成目前頻譜資源日趨缺乏的一個主要原因。2002年11月，美國聯邦通信委員會發布了一項旨在有效管理美國頻譜資源的報告。報告明確指出：“在許多頻帶，頻譜的準入是一個比頻譜本身稀缺更加重要的問題，頻譜的稀缺很大程度上由于法規限制了這些頻譜上的潛在用戶獲得準入”。實際情況也是如此，對郊區在內的各類地域的頻譜占用率的統計表明：一些頻帶在絕大多數時間是未被占用的，一些頻帶是部分時間被占用的，另外一些頻帶則是被密集占用的。

這種頻譜的不均勻利用引導通信業界去考慮“頻譜空洞”這一嶄新的概念。頻譜空洞是指已經分配給授權用戶，但是在某一特定的時間和空間授權用戶并不占用的一個子頻帶，該子頻帶可以被其他用戶(感知用戶)使用，如果授權用戶一旦需要占用該頻帶，感知用戶需要立即釋放。頻譜資源的動態接入使得頻譜的使用效率得到了明顯的提高。

感知無線電技術是建立在軟件無線電平臺之上的一份智能無線通信系統，它能夠感知外部環境、使用邊了解邊積累的方法對外部環境進行學習、并根據外部環境提供的激勵，對運行參數進行相應的修改(如傳輸功率、載波頻率、調制方式等)，從而達到內部狀態的自適應調整。

從定義上看，感知無線電應當具備的兩個主要特征是感知能力和重新配置能力。感知能力能構使感知無線電與周圍環境進行交互，進而決定適合的通信參數來適應環境的無線頻譜資源；重新配置能力能夠不改變任何硬件部分而調整傳輸功率、載波頻率、調制方式等發射參數。感知無線電的感知能力要求無線通信設備具有發現“頻譜空洞”并且能夠合理利用所發現的“頻譜空洞”的能力。感知用戶主動的搜索頻譜以尋求可以使用的頻譜空洞，然后利用這些頻譜空洞進行有效的通信，在通信過程中實時動態的進行參數控制，以避免對主要用戶可能產生的干擾?；谶@一特點感知無線電的首要任務就是進行頻譜檢測，查找能夠用來進行業務傳輸的頻譜空洞。

根據奈奎斯特(Nyquist)采樣理論，寬帶的信號檢測會導致A/D采樣器具有極高的采樣速率，對數字信號處理器處理速度的要求也會大幅提高，從而導致硬件復雜度和的設備成本增加。由于現有頻譜資源分配策略中，低使用效率的寬帶頻譜總是被分成諸多的子帶，如果存在頻譜空洞，頻譜空洞總是以窄帶形式出現，不會有針狀空洞的出現。同樣被占用頻譜也是以窄帶形式出現，不會存在某一個無線系統僅僅使用非連續離散的頻點進行數據傳輸。通常情況下，感知無線電中的寬帶頻譜檢測方法是在射頻前端使用一系列可調諧的窄帶帶通濾波器且每一個窄帶濾波器只能對整個寬帶中的其中某個子帶進行檢測。這種方法需要大量的射頻參數，每一個濾波器的調諧范圍須預先設定。

近年來提出的壓縮感知理論及其在信號處理應用中的研究為寬帶頻譜資源檢測提供了一條可行的有效途徑。壓縮感知理論指出，對于被感知的稀疏或者變換稀疏信號，降低速率采樣條件下也可以實現信號的完全重構。壓縮感知理論為寬帶頻譜檢測的可行性奠定了堅實的理論基礎。

但是，在實施本發明的過程中，發明人發現：在現實的頻譜資源使用中，頻譜資源以子帶形式被分配給特定的無線用戶或者系統，而且不同子帶上的信號功率是由授權基站根據授權用戶的信號狀態自適應調整的。感知用戶檢測到的寬帶頻譜將是近似分段連續的，每一段頻譜的功率譜密度有高有低，即便采用多感知用戶協同感知也很難做出某一子帶是否真正被占用，即是一種非0即1類的判斷。這種頻譜占用的特點為感知基站決策能否使用該子帶帶來一定的困難。

以下列出本發明的參考文獻，通過引用將它們并入于此，如同在本說明書中作了詳盡描述。

[1]E.Candès，J.Romberg，and?T.Tao，“Robust?uncertainty?principles：Exact?signal?reconstruction?from?highly?incomplete?frequency?information，”IEEE?Trans.Inf.Theory，vol.52，no.2，pp.489-509，Feb.2006.