[发明专利]基于认知无线电的频谱感知装置、方法、程序

说明书

技术领域

本发明总体上涉及认知无线电技术，更具体地说涉及一种基于认知无线电的频谱感知技术，尤其是涉及基于多天线的压缩宽带频谱感知技术。

背景技术

认知无线电中的压缩频谱感知技术结合了当前通信中蓬勃发展的认知无线电(Cognitive Radio)技术和数字信号处理中新兴起的压缩感知(Compressed Sensing)理论，成为学者们的新研究热点。例如，可以从以下文献中获得有关认知无线电技术和压缩感知的相关知识：Ian F.Akyildiz；Lee，Won-Yeol；Vuran，Mehmet C.；Mohanty，Shantidev，“NeXtgeneration/dynamic spectrum access/cognitive radio wirelessnetworks：A survey”，Computer Networks，v 50，n 13，p2127-2159，September 15，2006；Donoho，D.L.；“Compressedsensing”，Information Theory，IEEE Transactions on Volume 52，Issue 4，April 2006Page(s)：1289-1306；以及Candes，E.J.；Tao，T.，“Near-Optimal Signal Recovery From RandomProjections：Universal Encoding Strategies？”，InformationTheory，IEEE Transactions on Volume 52，Issue 12，Dec.2006Page(s)：5406-5425。

2002年FCC的报告指出，被分配的频谱的利用率仅为15％～85％，并且随着时间的变化有较大的波动，该报告表明目前频谱资源的紧张不是由于频谱资源本身不够丰富，而是由于某些被分配的频谱未被充分利用引起的，这一报告引发了对频谱管理方法即如何提高频谱利用率的广泛研究。与传统的固定频谱分配方案相比，研究者提出了动态频谱管理的新方法，其中认知无线电技术是实现动态频谱管理的最优选择，因为它与现有的通信系统保持了最好的后向兼容性。有关2002年FCC的报告，可参见以下文献：“Federal CommunicationsCommission Spectrum Policy Task Force-Report of theSpectrum Efficiency Working Group”，November 15，2002。

认知无线电技术允许未授权的用户/次用户(unlicensed/secondary user)使用授权用户/主用户(licensed/primary user)暂时未使用的频段，但当主用户要重新接入该频段时，次用户要尽快地退出该频段，以免对主用户造成干扰。因此，准确而快速的频谱感知技术是实现认知无线电技术的前提和必要条件。实际上，认知无线电系统要求在很宽的带宽范围内迅速准确地寻找到空闲的频谱和检测到有主用户重新接入的情况。但是这一要求给实际系统的实现带来了很大的挑战：一方面，宽带的频谱感知方法要求次用户的终端配备高速率和高精度的AD转换器，但是当系统要求在几GHz内迅速确定频谱空洞和主用户的存在时，它对AD转换器的需求已经超过了现有AD转换器的性能极限；另一方面，由于无线通信环境中的多径、阴影衰落和噪声的影响，迅速准确的频谱检测在实际的通信环境中也是很难做到的。例如，可参见如下文献以获得这方面的知识：Zhi Quan；Shuguang Cui；Poor，H.；Sayed，A.，“Collaborative wideband sensing for cognitive radios”，SignalProcessing Magazine，IEEE Volume 25，Issue 6，November2008Page(s)：60-73。