[發明專利]寬帶頻譜感知方法和裝置及相應的用戶設備和基站

有效

• 申請號: 201210507400.2
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN103856972B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 吳克穎
• 申請（專利權）人: 上海貝爾股份有限公司
• 主分類號: H04W24/08
• 分類號: H04W24/08;H04B17/382
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 鄭立柱

技術領域

本發明涉及無線網絡技術，具體地，涉及基于欠奈奎斯特采樣和循環特性檢測的寬帶頻譜感知方法和裝置以及相應的用戶設備和基站。

背景技術

如今，認知無線電(Cognitive Radio：CR)由于其能夠更有效的利用有限的頻譜資源而得到越來越普遍的關注。實現認知無線電的一項關鍵的技術便是寬帶頻譜檢測：認知無線電用戶需要從一個很大的帶寬范圍內識別出空閑的子頻帶供其使用。傳統的寬帶頻譜檢測技術設置一組可調的窄帶帶通濾波器來識別各個子頻帶的占用情況，這樣的方法一次只能識別一個子頻帶是否被占用，給頻譜檢測過程帶來了較大的延時。為了一次能檢測多個子頻帶是否被占用，一種方法是設置多個窄帶射頻通道，這為系統帶來了巨大的開發成本和增加了的系統復雜度。另一種方法是采用一個寬帶的射頻通道來處理整個帶寬上的信號。根據奈奎斯特遠離，這種方法要求的采樣頻率必須是整個帶寬的2倍以上。而認知無線電通常需要檢測很寬的帶寬，因此所需的采樣頻率會非常高，這時則必須使用高速的模數轉換和數字信號處理設備，為系統的實現帶來了成本方面的不利影響。

為了避免因滿足奈奎斯特原理而產生的高采樣率帶來的不利影響，基于壓縮感知(Compressive sensing：CS)的欠奈奎斯特采樣技術是不錯的選擇。這項技術基于以下事實：寬帶頻譜的占用通常是稀疏的。利用壓縮感知技術，稀疏信號檢測所需的采樣率可以大大低于奈奎斯特采樣率。因此壓縮感知能顯著地降低寬帶頻譜檢測的采樣率，從而大大降低對模數轉換及數字信號處理設備的要求。在基于壓縮感知的欠奈奎斯特采樣技術中，調制寬帶轉換器(Modulated Wideband Converter：MWC)技術是其中較為卓越的一種。如圖1所示，輸入信號經調制寬帶轉換器處理后生成一組窄帶信號，這組窄帶信號能用較低的采樣率來采樣。在理想情況下(沒有噪聲影響)，我們可以從調制寬帶轉換器輸出的窄帶信號中恢復出原始的稀疏寬帶信號，從而實現了欠奈奎斯特采樣率下的寬帶頻譜感知。

然而，實際系統中，由于輸入信號中不可避免地帶有諸如高斯白噪聲的噪聲，而且這些噪聲由于調制寬帶轉換器的頻譜疊加作用而累積，從而使得輸出信號的信噪比遠小于輸入信號的信噪比。為了不對主用戶產生干擾，認知無線電用戶通常需要具有識別非常微弱的主用戶信號的能力。當主用戶信號非常微弱時，調制寬帶轉換器的噪聲累積作用將使情況進一步惡化，使輸出信號中的主用戶信號完全淹沒在噪聲信號之中而變得不可識別。因此，調制寬帶轉換器技術在實際應用中由于噪聲的累積而變得無法正常工作。

發明內容

根據上述對背景技術以及存在的技術問題的理解，本發明設計了一種在使用調制寬帶轉換器利用其欠奈奎斯特采樣的優點的同時又能去除調制寬帶轉換器的噪聲疊加的影響，從而有效地進行寬帶頻譜檢測的技術，即基于欠奈奎斯特采樣和循環特性檢測的寬帶頻譜感知方法和裝置。

根據本發明的第一方面，提出了一種基于欠奈奎斯特采樣和循環特性檢測的寬帶頻譜感知方法，包括：

a.輸入信號經欠奈奎斯特采樣模塊轉換為第一輸出信號；

b.由循環交叉譜密度或循環交叉相關函數產生器計算所述第一輸出信號的第一循環交叉譜密度向量或第一循環交叉相關函數向量；

c.利用稀疏信號恢復技術根據所述第一循環交叉譜密度向量或所述第一循環交叉相關函數向量計算出所述輸入信號的經過頻譜搬移及低通濾波后的信號的第二循環交叉譜密度向量或第二循環交叉相關函數向量；以及

d.所述第二循環交叉譜密度向量或所述第二循環交叉相關函數向量經閾值化處理得出被占用的子頻帶的估值。

在一個實施例中，所述欠奈奎斯特采樣模塊為調制寬帶轉換器。調制寬帶轉換器(Modulated Wideband Converter)為欠奈奎斯特采樣技術的一種形式，該技術具有低計算復雜度和對模型的不匹配及硬件非理想等因素的魯棒性等優點。

在一個實施例中，所述輸入信號的信噪比低于-3dB。本發明所述的方法即使是在-10dB甚至更低的信噪比情況下均能很好地工作。

根據本發明的第二方面，提出了一種基于欠奈奎斯特采樣和循環特性檢測的寬帶頻譜感知裝置，包括：

欠奈奎斯特采樣模塊，其用于將輸入信號轉換為第一輸出信號；

循環交叉譜密度或循環交叉相關函數產生器，其用于計算所述第一輸出信號的第一循環交叉譜密度向量或第一循環交叉相關函數向量；