[發明專利]基于壓縮比分配的寬帶頻譜檢測系統與方法

有效

• 申請號: 201110418417.6
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN102547801A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 馮志勇;張平;王瑩;張第;劉尚;許穎;李曉帆;王再勵
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04B17/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及無線技術領域，尤其涉及一種基于壓縮比分配的寬帶頻譜檢測系統與方法。

背景技術

隨著無線通信技術的發展，人們對于頻譜資源的需求愈來愈大，‘頻譜枯竭’現象日趨明顯。為緩解頻譜資源缺乏與日益增長的無線業務需求之間的矛盾，認知無線電(Cognitive?Radio)技術作為一種智能頻譜共享技術得到了廣泛的重視。電氣和電子工程師協會(簡稱IEEE)的有關工作組(如802.22、802.16)和國際電信聯盟(簡稱ITU)已先后制定或正在積極制定一系列標準以推動該技術在各種應用場景下的發展。

認知無線電系統包括一個認知基站和若干認知節點，認知終端具有檢測能力，認知終端周期性檢測授權用戶的存在與否。圖1示出了基于壓縮比分配的寬帶頻譜檢測系統基本模型，主要包含：

1、授權用戶基站：主要負責授權用戶在通信時的相關功能，一般功率較大，覆蓋范圍較廣。授權用戶通過授權基站參與通信，在認知無線通信系統中非授權用戶即認知用戶要進行通信時，應當避免與其產生干擾。

2、認知終端：當認知終端要進行通信時，需發送需求指令給認知基站，得到回復后，首先進行本地頻譜檢測，在發現頻譜空穴后將檢測結果上報給認知基站。當得到認知基站確定有可用頻譜信息時，才可進行數據傳輸。

3、認知基站：主要負責認知用戶的通信功能。

在目前的認知無線通信系統中，為使得非授權用戶獲取到更多的‘頻譜空洞’，認知終端通常需要在很寬的頻帶范圍內進行檢測，以爭取更多的機會進行頻譜接入，但目前射頻前端的A/D轉換器采樣率受限，寬頻帶信號采樣對于A/D轉換器要求過高，甚至超過每秒上億次的抽樣，以目前硬件工藝水平，很難達到，因此非授權用戶很難在寬頻范圍內進行頻譜檢測，一種可行的方法是將寬頻帶劃分為多個窄帶，分別用濾波器濾波，然后進行抽樣檢測，但這種方法會使得認知終端的復雜度變高，降低了頻譜檢測的有效性。

壓縮感知技術能夠利用信號在某個域內的稀疏特性，以低于奈奎斯特采樣率的樣本數，以高概率恢復出原有信號。在進行頻譜檢測時，授權用戶對于授權頻段的占用度比較低，因此非授權用戶接收到的檢測信號符合一定的稀疏特性，利用壓縮感知技術，可以降低恢復信號使用的樣本數，從而降低了檢測的復雜度，對于射頻前端要求降低，在目前已有的硬件技術上，可以在相同時間內，檢測更大的頻譜范圍。

在集中式的認知無線網絡中，由于各個認知終端所處的地理環境不同，距離認知基站的距離有遠有近，因此各個終端收到的授權用戶信號的強度也有所不同，反映在檢測參數上就是信噪比(signal?to?noise?ratio，SNR)不同，而信噪比的高低，直接影響了單節點采用壓縮感知檢測信號性能的好壞，通過仿真可以發現，針對同一信號，SNR越大，信號恢復的越準確，檢測的結果越可信，通過認知基站不斷調整壓縮比，即采用壓縮感知所需要的樣本數除以奈奎斯特抽樣率采樣的樣本數，最終可以依據不同終端的信道條件分配最優的壓縮比，從而使用最少的樣本數完成檢測過程，并實現整網檢測的最低復雜度，提升了寬帶頻譜檢測技術的實用性。

目前關于壓縮感知的專利主要關注于單終端節點的頻譜檢測，每個終端節點分配相同的壓縮比例因子，然后對抽樣的數據通過自定義的優化恢復算法進行數據恢復，盡可能的減小恢復出來信號與抽樣數據的差異，從而提高恢復信號的準確性，保證系統對授權用戶的檢測性能要求。事實上，當終端節點處于較好的信道質量時，用較少的抽樣點數就能達到系統檢測性能要求，即對其分配較小的壓縮比例因子。而上述這些方法的局限性在于沒有考慮到終端節點的信道質量對恢復信號性能的影響。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：提供一種基于壓縮比分配的寬帶頻譜檢測系統與方法，以根據不同認知終端的信道質量以及系統整體檢測性能的要求，確定最優的壓縮比例因子，進而降低整網終端檢測所需要的樣本總數。

(二)技術方案

為解決上述問題，一方面，本發明提供了一種基于壓縮比分配的寬帶頻譜檢測系統，包括至少一個認知終端以及實現所述認知終端的通信的認知基站，所述認知終端包括終端側頻譜檢測模塊，用于進行本地頻譜檢測；所述認知基站包括：

融合模塊，用于對認知終端傳遞過來的信息進行融合判斷得到融合判決結果，并將融合判決結果及各認知終端的頻譜檢測結果一起上報給感知數據庫；

感知數據庫，用于存儲所述融合模塊上報的融合判決結果和各認知終端的頻譜檢測結果，并通過認知基站本身發送的導頻序列來獲得各認知終端的實際信噪比；