[发明专利]一种认知无线电系统的频谱检测方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别涉及一种用于认知无线电系统中的频谱检测方法。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展，多种无线通信接入方式并存，无线用户数量急剧增加，从而导致了无线电频谱资源日益紧张。无线电频谱作为一种宝贵的不可再生资源，目前由政府部门授权使用，一般分配特定的授权频段(LFB，Licensed Frequency Band)以供不同的通信业务使用，这样可以给相应的通信业务提供良好的保护。但是，某一特定频段一旦授权分配给了某个用户(授权用户)，其他的非授权用户(次级用户)就不能再使用该频段，即使该授权频段上此时并没有被授权用户使用。在调查中发现，已经分配的3GHz以下的频谱资源中多达70％未被充分利用。由此可见，这种静态频谱分配的机制限制了空闲频谱的有效利用，极大地浪费了频谱的效率。

为了解决无线电频谱资源匮乏的问题，基本思路就是尽量提高现有频谱的利用率。为此，人们提出了认知无线电(CR，Cognitive Radio)的概念。认知无线电的基本出发点就是：为了提高频谱利用率，具有认知功能的无线通信设备可以按照某种“伺机(Opportunistic Way)”的方式工作在已授权的频道内。当然，这一定要建立在已授权频段没用或只有很少的通信业务在活动的情况下。这种在空域、时域和频域中出现的可以被利用的频谱资源被称为“频谱空洞”。认知无线电的核心思想就是使无线通信设备具有发现“频谱空洞”并合理利用的能力。

认知无线电技术，作为一种可探测频谱空穴、可高效利用无线电频谱的智能频谱共享技术，越来越受到通信界的广泛关注。组建认知无线电系统需要的核心技术之一是频谱检测技术，在认知无线电系统中，通过频谱检测技术探测到频谱空穴，使得未授权用户(次级用户)可以利用该空闲频段进行业务通信，同时，一旦在该授权频段上检测到授权用户的到来，次级用户应立刻放弃使用该段频谱，以避免对授权用户产生干扰。从而实现动态的频谱接入，以提高无线电频谱利用效率。

目前，频谱检测技术主要是本地频谱检测和协作频谱检测两个主要方面。传统的本地检测方法有匹配滤波检测、能量检测、周期特性检测、协方差矩阵法等等。这些算法各有优缺点，比如匹配滤波算法检测时间短，但是需要知道授权用户的先验信息，需要精确同步；能量检测实现简单，不需要先验信息，但是其对噪声不确定性敏感；周期特性检测可以区分噪声和信号类型，以及干扰，检测灵敏度高，但是其检测计算复杂度高，而且需要授权用户信号具有周期平稳特性；基于协方差矩阵的绝对值法(CAV，Covariance Absolute Value)可以很好地克服噪声不确定度和先验知识缺乏等问题，在实际应用环境中能取得较好的检测效果。基于协方差绝对值法的频谱检测具有较高的检测性能，通常在信噪比很低的情况下也可以检测出授权用户的存在，具体参考文献为：Yonghong Zeng，Ying-Chang Liang.Covariance Based Signal Detections For Cognitive Radio.DySPAN 2007.2nd IEEE International Symposium，202-207.

在实际的应用环境中，由于无线信道的衰落、信道的噪声不确定度以及授权用户先验知识的缺乏，上面提到的单个感知方法都不很适用。而且由于通信业务种类繁多，针对特定的通信业务在低信噪比情况下授权用户接收机将很难接收解调。比如在某区域的某一电视频段上，认知无线电系统中通过本地检测出信噪比很低的授权用户信号——电视信号，该信号实际上是由相邻区域泄露过来的，但是由于此时本地检测算法的检测性能超过了电视接收机的接收灵敏度范围，电视接收机将无法解调接收该电视信号。而目前，中心节点的联合检测技术研究的重点在于提高检测性能和降低算法复杂度，却忽略了实际应用中接收机在低信噪比下能否正常接收的问题。所以在这种情况下，中心节点把本地检测算法检测出的信噪比很低的授权频段视为被授权用户所占用，实际上同样会造成无线电频谱利用率的降低。因此，认知无线电系统的中心节点在进行信息融合的时候只利用单个认知节点的本地检测算法的频谱检测信息是不合理的。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的频谱检测方法在信噪比很低的情况下检测出来授权用户信号存在的时候，如果授权用户信号功率小于授权用户接收机灵敏度，那么授权用户接收机将无法正常接收解调的问题，提出了一种认知无线电系统的频谱检测方法。

本发明的技术方案是：一种认知无线电系统的频谱检测方法，包括如下步骤：