[发明专利]一种认知无线电系统中的频谱感知方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及了通信技术领域，尤其是涉及了一种认知无线电系统中的频谱感知方法和系统。 

背景技术

无线电通信频谱是一种宝贵的自然资源，随着无线通信技术的飞快发展，频谱资源贫乏的问题日益严重，为了缓解频谱资源紧张的现状，当前对无线通信频谱进行了监测和研究，发现某些频段（如电视频段）在大多数时间内并未使用或者在大多数地域内并未使用，而某些频段则出现了多系统多用户同时竞争的情况，即频谱资源的使用存在不均衡的现象。 

在这种背景下提出了CR（Cognitive Radio，认知无线电）的概念，认知无线电的基本思想是：在不对授权主系统造成干扰的前提下，认知无线电系统可以通过监测当前无线环境的变化来动态机会式地接入空白频段进行通信。进一步的，当认知无线电系统机会式接入授权主系统的空白频谱时，其前提是保护授权主系统的业务不受到认知无线电系统的有害干扰，这就要求：认知无线电系统能够准确判断出授权主系统频段的空白频谱，以及，认知无线电系统发现授权主系统在当前使用的空白频谱（源工作频点）上重新出现时，能够及时退出当前使用的空白频谱。 

为了实现上述过程，认知无线电系统需要具备频谱感知能力，所谓频谱感知是指：通过检测目标频谱上授权主系统的信号判断授权主系统是否占用目标频谱，即判断目标频谱占用或者空闲；且频谱感知的主要方法包括能量检测频谱感知和基于信号特征的频谱感知。 

在能量检测频谱感知的方式中，直接对目标频谱上的接收信号求平均能 量，并通过判断其能量是否超过某一门限，来确定目标频谱是否被授权主系统占用；能量检测频谱感知的优点是方法简单，其缺点是算法的灵敏度较低，在信噪比较低时，检测性能不佳。 

在基于信号特征的频谱感知方式中，其可进一步包括匹配滤波检测与自相关检测，上述方式分别利用接收信号与已知序列之间的相关性或接收信号之间的相关性进行检测，并可以达到较高的灵敏度，在较低的信道比时，仍能取得较高的检测性能。但是，基于信号特征的频谱感知方式中，由于待感知的授权主系统与认知无线电系统之间未同步，为了保证可以检测到授权主系统的信号特征，认知无线电系统需要保证特征信号落在接收窗口内，因此需要接收较长的信号序列，并对接收窗口内的信号序列进行逐符号的滑动相关求和，从而导致非常高的复杂度，并会降低算法的灵敏度，降低检测性能。 

以授权主系统为DTMB（Digital Television Multimedia Broadcasting，数字电视多媒体广播）系统举例说明如下：如图1所示，为DTMB帧结构的示意图，假设DTMB采用固定的帧头模式一（帧体长度N=420），且每帧的帧头固定（假设称之为PN420序列），帧体长度M=3780。基于此： 

如果采用匹配滤波检测算法，当认知无线电系统与DTMB系统不同步时，为了保证接收信号中一定包含一个帧头特征信号，则接收信号窗长必须大于等于（帧头长度N+帧体长度M），认知无线电系统在接收信号窗口内依次滑动相关所使用接收信号的起始位置，将该数据与本地序列相关求和，在滑动的相关结果中选择最大的相关结果作为检测统计量，将检测统计量与某一门限比较，根据比较结果判决授权主系统是否在目标频谱上发射，如下式所示：