[發明專利]一種基于信號聚合特性的認知無線電寬帶頻譜感知方法

有效

• 申請號: 201410072287.9
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103780323A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 申濱;王舒;黃瓊;陳前斌;張祖凡
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04B17/00
• 分類號: H04B17/00
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發明屬于認知無線電(Cognitive?Radio,CR)領域，尤其涉及認知無線電寬帶頻譜感知技術。

背景技術

認知無線電(Cognitive?Radio,CR)作為一種新興的、致力于解決無線電頻譜資源匱乏問題的關鍵技術，近年來得到了非常廣泛的重視。CR能夠動態地利用時間和空間上暫時空閑的無線頻譜資源，因此被認為是未來實現動態頻譜接入、解決無線頻譜資源緊缺問題的關鍵技術之一。CR是一種復雜的無線通信系統，需要解決無線頻譜感知、動態頻譜接入和分配管理等諸多問題。對系統外部的已授權頻譜狀態進行感知，是CR的核心技術之一，也是實現動態頻譜管理和共享的前提。

目前，匹配濾波器感知技術(Matched?Filter?based?Spectrum?Sensing,MFSS)、能量檢測感知技術(Energy?Detection?based?Spectrum?Sensing,EDSS)和循環平穩特征感知技術(Cyclostationary?Feature?based?Spectrum?Sensing,CFSS)是最常用的三種頻譜感知技術。匹配濾波器檢測技術是在已知授權用戶(Primary?User,PU)信號先驗信息情況下的一種最優檢測方法，這些先驗信息包括調制方式、脈沖波形、導頻信號、數據包格式、同步碼或擴頻碼以及信道狀態信息等；如果接收機不具備足夠的先驗信息，那么最佳的頻譜感知方法就是能量檢測，因為能量檢測僅僅根據接收信號的能量大小進行頻譜狀態判別；循環平穩特征檢測方法是利用接收信號的循環平穩特性對PU信號進行檢測，利用了PU信號的部分先驗信息。這三種方法各有所長，因此需要根據實際情況選擇其中最優的一種或將多種方法結合使用，關于它們的比較見表1：

表1三種典型的頻譜感知技術優缺點對比

在CR頻譜感知的概念提出后，對能量檢測的研究開始大量出現，致力于檢測可能位于任何地理位置、出現在任何時刻、具有任意結構形式的PU信號。另一方面，寬帶頻譜感知技術(Wideband?Spectrum?Sensing,WBSS)也逐漸受到越來越多的關注，它能夠為CR網絡內的授權頻譜次級用戶(Secondary?User,SU)提供更靈活、更多元化的空閑頻段接入選擇，較傳統的窄帶頻譜感知技術(Narrowband?Spectrum?Sensing,NBSS)更具現實應用方面的優勢。

傳統的NBSS技術每次只能檢測其固定頻帶寬度內的頻譜狀態，若將其用于寬帶授權頻譜進行檢測，則每次只能對寬帶頻譜內的一個子頻帶進行檢測處理，效率較低。為了提高檢測效率，WBSS技術在NBSS技術的基礎上發展起來，其主要目標是實現SU在寬頻帶內的伺機快速接入。例如，從470MHz到890MHz屬于廣播電視頻段，廣播電視信號在此頻段上通常將其按照6MHz每信道(子頻帶)進行劃分，這些信道在某一地點或者在某一時間段內可能有多個是未使用的，那么SU就可以伺機將這些未使用的信道利用起來，實現次級頻譜接入。對于在CR網絡中實現高速數據的傳輸，WBSS技術將發揮重要的作用。但是，WBSS技術目前面臨感知場景、感知靈敏度、感知互干擾和系統復雜度等多方面的難題和挑戰。

正交頻分復用(Orthogonal?Frequency?Division?Multiplexing,OFDM)是多載波寬帶數字調制技術的一種。它能充分地利用頻帶寬度，有效地減少和克服碼間串擾，具有明顯的抗多徑干擾能力，已經廣泛地應用于寬帶通信中。CR系統在采用OFDM技術體制后，一方面可以將寬帶授權頻段(Licensed?Frequency?Bands，LFB)在頻域上分解為一系列的連續子載波，對各個子載波寬度內對應的頻譜狀態進行感知，形成空閑子載波頻譜池以供CR用戶使用；另一方面，OFDM技術也容易將在寬帶LFB上獲得的連續或者不連續的空白頻段資源，以子載波的開/關控制方式加以利用。總之，當CR接收機采用了OFDM技術之后，其監測下的寬帶頻譜就分解為OFDM接收機監測下的多個連續的子載波，寬帶頻譜感知的任務就轉化為將這些子載波的狀態進行“占用”和“空閑”判別，并將空閑的子載波進行下一步接入利用。基于上述原因，OFDM被認為是非常有利于CR實現應用的物理層技術之一。

發明內容