[发明专利]一种宽带频谱感知装置及方法

权利要求书

1.一种宽带频谱感知装置，其特征在于：包括：

宽带频谱信号获取器(1)：用于获取给定频段的原始宽带频谱信号；

噪声强度估计器(2)：用于估计宽带频谱信号获取器(1)输出的当前宽带频谱信号中的噪声强度；

稀疏度估计器(3)，采用累计平均的方式估计各个时刻频谱信号的稀疏度数量，其中频谱信号的稀疏度数量是指宽带频谱信号获取器(1)输出的频谱信号经过稀疏变换后的非零元素个数；

自适应压缩采样器(4)：用于根据估计的频谱信号的噪声强度、频谱信号的稀疏度来自动选择采样次数，并以该选择出的采样次数对宽带频谱信号获取器(1)发出的原始宽带频谱信号进行低速采样，实现对宽带频谱信号的压缩测量；

信号重构器(5)：采用变步长SAMP的重构方式重构稀疏度不确定的原始宽带频谱信号，得到各授权用户占有频带的情况与当前频谱信号的稀疏度；

频谱分配器(6)：用于从感知到的空闲频带中选择通信频带，完成网络接入与数据传输。

2.如权利要求1所述的宽带频谱感知装置，其特征在于：所述的噪声强度估计器(2)包括：

带通滤波器(7)：用于截取原始宽带频谱信号的某一窄带频率内的信号；

奈奎斯特采样器(8)：用于对带通滤波器(7)截取后的信号进行采样，把模拟信号转换为数字信号；

小波变换器(9)：利用小波变换，估计奈奎斯特采样器(8)输出的数字窄带信号的噪声强度。

3.如权利要求1所述的宽带频谱感知装置，其特征在于：所述的稀疏度估计器(3)包括：

稀疏度记录器(10)：用于记录每次频谱重构的结果，从中提取初始时刻或其他时刻的稀疏度；

时刻判断器(11)：用于判断当前时刻是初始时刻还是其他时刻；

稀疏度输出器(12)：若为初始时刻，则直接输出稀疏度；若为其他时刻，则输出稀疏度累计平均值。

4.如权利要求1所述的宽带频谱感知装置，其特征在于：所述的自适应压缩采样器(4)包括：

阈值设置器(13)：用于设定噪声强度的阈值；

压缩采样次数决策器(14)：用于确定当前环境下的采样次数，当噪声强度在阈值设置器给定的阈值范围内，则设置采样次数为频谱信号的稀疏度的2倍；当噪声强度在阈值设置器给出的阈值范围之外，则设置采样次数规律为：噪声每超过阈值5db，采样次数增加与稀疏度等值的次数；

压缩采样器(15)：根据压缩采样次数决策器输出的压缩采样次数，生成压缩采样矩阵， 对原始宽带频谱信号进行低速采样，实现对宽带频谱信号的压缩测量。

5.如权利要求1所述的宽带频谱感知装置，其特征在于：所述的信号重构器(5)包括：

测量向量接收器(16)：用于接收经自适应压缩采样器(4)压缩采样后的测量向量及测量矩阵；

重构参数设置器(17)：用于生成重构频谱信号的基本参数，包括阶段步长,初始步长，初始权重，权重因子类别号码及该类别号下的参数初始值；

变步长重构器(18)：通过迭代改变步长，用于根据改变的步长数应用SAMP原理重构频谱信号。

6.一种宽带频谱感知方法，采用如权利要求1所述的宽带频谱感知装置，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：原始频谱信号接收；

在t时刻接收原始宽带频谱信号，同时将接收后的信号发给噪声强度估计器与自适应压缩采样器；

步骤2：计算步骤1接收到的原始宽带频谱信号的噪声强度，包括以下步骤：

步骤2-1：对频谱信号进行带通滤波，截取原始宽带频谱信号的某一窄带频率内的信号；

步骤2-2：利用奈奎斯特采样法对步骤2-1截取后的信号进行采样，把模拟信号转换为数字信号；

步骤2-3：对步骤2-2获得的数字信号进行小波变换，小波系数的高频部分即为频谱信号的噪声；

步骤2-4：对频谱信号噪声的中值进行估计得到噪声强度；

步骤3：估计步骤1获取的宽带频谱信号的稀疏度；

步骤4：利用自适应压缩采样，确定压缩采样次数，并对步骤1中获取的原始宽带频谱感知信号进行压缩采样；

步骤5：重构原始宽带频谱信号，得到各授权用户占有频带的情况与当前频谱信号的稀疏度；

步骤6：频谱分配单元分析重构的频谱感知信号，并从中选择空闲的频带完成网络接入与数据传输，同时提取频谱感知信号的稀疏度，转步骤3。