[發(fā)明專(zhuān)利]一種適用于高維有限樣本條件的多天線(xiàn)頻譜感知方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510090137.5
• 申請(qǐng)日: 2015-02-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104601264B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊喜;雷可君;彭盛亮;曹秀英;鄧瑜;楊世江;舒婷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 吉首大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04B17/382
• 分類(lèi)號(hào): H04B17/382
• 代理公司: 南京瑞弘專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

本發(fā)明涉及一種適用于高維有限樣本條件的多天線(xiàn)頻譜感知方法，該方法利用多天線(xiàn)接收信號(hào)分量之間的相關(guān)性來(lái)構(gòu)造感知判決量，并基于隨機(jī)矩陣?yán)碚撛O(shè)計(jì)感知判決門(mén)限：首先，對(duì)多天線(xiàn)接收信號(hào)進(jìn)行連續(xù)采樣，并形成接收信號(hào)數(shù)據(jù)矩陣X；然后，在此基礎(chǔ)上計(jì)算多天線(xiàn)接收信號(hào)分量之間的相關(guān)性度量指標(biāo)，并由此計(jì)算得到感知判決量l；其次，基于隨機(jī)矩陣?yán)碚摰慕Y(jié)果計(jì)算感知判決門(mén)限τ；最后，實(shí)施感知判決：當(dāng)感知判決量l大于設(shè)定的門(mén)限值τ時(shí)判定頻譜空洞不存在，反之則判定頻譜空洞存在。該方法在高維有限樣本容量的感知應(yīng)用中表現(xiàn)出實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、計(jì)算復(fù)雜度低、可以實(shí)現(xiàn)主用戶(hù)信號(hào)、無(wú)線(xiàn)信道以及噪聲的統(tǒng)計(jì)信息缺乏條件下的高效全盲檢測(cè)，具有感知結(jié)果可靠等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于大規(guī)模多天線(xiàn)認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)中頻譜感知的方法，屬于無(wú)線(xiàn)通信中的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

多天線(xiàn)認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)是無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，而有效的多天線(xiàn)頻譜感知算法是實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的關(guān)鍵因素之一。在多天線(xiàn)頻譜感知場(chǎng)景中接收數(shù)據(jù)向量的維數(shù)M在數(shù)值上等于天線(xiàn)的根數(shù)，而樣本容量N(即接收數(shù)據(jù)向量的個(gè)數(shù))則由感知時(shí)間內(nèi)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行取樣的次數(shù)決定。在傳統(tǒng)的多天線(xiàn)認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)中感知節(jié)點(diǎn)上配置的天線(xiàn)數(shù)目M往往很少，因此傳統(tǒng)的多天線(xiàn)頻譜感知方法的研究聚焦于在M遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于N的條件下考慮算法的設(shè)計(jì)問(wèn)題。

在具體的算法設(shè)計(jì)方面，基于接收信號(hào)相關(guān)特性的多天線(xiàn)全盲頻譜感知方法因其優(yōu)良特性引起了廣泛關(guān)注。經(jīng)典的多天線(xiàn)頻譜感知方法包括：基于對(duì)角線(xiàn)與非對(duì)角線(xiàn)元素絕對(duì)值之比的檢測(cè)方法(CAVD)、基于最大特征值與最小特征值之比的檢測(cè)方法(MMED)以及基于接收信號(hào)能量與最小特征值之比的檢測(cè)方法(EMED)。上述三種方法克服了能量檢測(cè)方法遭遇噪聲不確定性現(xiàn)象時(shí)感知性能急劇惡化的致命缺點(diǎn)，并且在多天線(xiàn)接收信號(hào)存在相關(guān)性時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)良的檢測(cè)性能。然而，CAVD、MMED和EMED三種方法均著眼于解決接收數(shù)據(jù)向量維數(shù)M遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于樣本容量N條件下的頻譜感知問(wèn)題。

為了進(jìn)一步提高無(wú)線(xiàn)頻譜效率，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋和系統(tǒng)容量，大規(guī)模MIMO(多輸入多輸出)技術(shù)正成為工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。在這種背景之下，可以預(yù)見(jiàn)將來(lái)的大規(guī)模多天線(xiàn)認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)中次級(jí)用戶(hù)或者專(zhuān)用感知設(shè)備上配置的天線(xiàn)數(shù)目勢(shì)必非常之大。此時(shí)，在感知時(shí)間嚴(yán)格受限的感知應(yīng)用當(dāng)中，將出現(xiàn)高維(即M很大)有限樣本(即N有限)的新情況：多天線(xiàn)接收數(shù)據(jù)向量的維數(shù)M變得與樣本容量N可比，甚至于M大于N。在這樣的條件之下，CAVD、MMED和EMED等經(jīng)典的多天線(xiàn)頻譜感知算法在應(yīng)用過(guò)程中將遭遇實(shí)際的難題：一方面，上述三種經(jīng)典方法的理論感知判決門(mén)限的精度在新的條件下無(wú)法保證實(shí)現(xiàn)可靠感知的需要。其原因在于，由于無(wú)法求解得到精確的解析判決門(mén)限，以上方法所對(duì)應(yīng)的判決門(mén)限均是在M遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于N的假定條件下采用近似的手段獲得。當(dāng)M接近N，甚至于M大于N時(shí)，近似判決門(mén)限的應(yīng)用條件變得不再成立，導(dǎo)致在感知判決過(guò)程中無(wú)法獲得可靠的感知結(jié)果；另一方面，在常規(guī)的M遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于N的條件下，上述三種經(jīng)典的多天線(xiàn)頻譜感知方法的計(jì)算復(fù)雜度主要取決于N的大小。而在M接近N，甚至于M大于N的條件下，M的大小相對(duì)于N來(lái)說(shuō)不可忽略，此時(shí)算法的計(jì)算復(fù)雜度將隨著接收數(shù)據(jù)向量維數(shù)M的增大而急劇增加。以MMED和EMED為例，在感知判決過(guò)程中進(jìn)行特征值分解所帶來(lái)的運(yùn)算量為M³階，顯然在大規(guī)模多天線(xiàn)認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電等高維有限樣本的感知條件下由維度M的增加所帶來(lái)的計(jì)算復(fù)雜度的急劇增加將嚴(yán)重限制傳統(tǒng)算法的應(yīng)用。

綜上所述，在大規(guī)模多天線(xiàn)認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電等高維有限樣本條件下高效多天線(xiàn)頻譜感知算法的設(shè)計(jì)將面臨新的挑戰(zhàn)。正是在這種背景之下，本發(fā)明提出了一種基于接收信號(hào)相關(guān)特征的適用于高維有限樣本應(yīng)用場(chǎng)景的多天線(xiàn)全盲頻譜感知方法。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明提出了一種適用于高維有限樣本條件的多天線(xiàn)頻譜感知方法。該方法具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、計(jì)算復(fù)雜度低、可以在主用戶(hù)信號(hào)、無(wú)線(xiàn)信道以及噪聲的統(tǒng)計(jì)信息缺乏條件下實(shí)現(xiàn)高效全盲檢測(cè)、以及感知結(jié)果可靠等優(yōu)點(diǎn)，可以很好地應(yīng)用于解決大規(guī)模多天線(xiàn)認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)等高維有限樣本條件下的頻譜空洞檢測(cè)問(wèn)題。