[发明专利]一种频谱感知方法和设备

说明书

本发明公开了一种频谱感知方法和设备，该方法包括：网络侧设备确定认知无线电系统需要静默的频率资源和时间资源；所述网络侧设备利用所述频率资源和时间资源生成小区的静默图样；所述网络侧设备利用在所述静默图样对应的资源位置上接收的信号进行频谱感知；和/或，所述网络侧设备将所述静默图样发送给该小区内的终端设备，由所述终端设备利用在所述静默图样对应的资源位置上接收的信号进行频谱感知。本发明实施例中，能够降低带内频谱感知对认知无线电系统吞吐量的影响，以提高系统吞吐量，并提高认知无线电系统的频谱使用效率；此外，不会由于执行频谱感知而带来通信链路的中断，从而能够降低由于频谱感知所带来的传输时延。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种频谱感知方法和设备。

背景技术

随着移动通信事业的快速发展，日益增长的宽带无线通信需求与有限的频谱资源之间的矛盾日趋明显，虽然在LTE（Long Term Evolution，长期演进）系统已采用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）、MIMO（Multiple-InputMultiple-Output，多输入多输出）等技术来提高频谱利用率，但是这些并不能从根本上解决频谱资源短缺的问题。随着移动业务的飞速发展，电信运营商将面临更严峻的频谱资源短缺的问题。另一方面，一些无线通信系统的频谱使用在时间和地域上几乎空闲，如对于广播电视频段，由于数字传输极大的提高传输容量，因此随着广播电视系统从模拟传输向数字传输的发展，使很多广播电视频段长期处于空闲状态，浪费了宝贵的无线资源，而其它很多无线通信系统也被证明其频谱并未得到充分利用。

为解决频谱资源短缺的问题，CR（Cognitive Radio，认知无线电）技术已经被广泛的关注。CR是智能无线通信系统，通过频谱感知获得当前位置可使用的空闲频段资源，并能够机会性的使用空闲频段，从而提高频谱使用效率，缓解频谱资源紧张的局面。CR能够感知外界环境，并使用人工智能技术从环境中学习，通过实时改变某些操作参数（如传输功率、载波频率和调制技术等），使其内部状态适应接收到的无线信号统计特性变化，以达到以下目的：（1）任何时间、任何地点的高度可靠通信；（2）对频谱资源的有效利用。

为达到上述目的，CR通过认知环来完成认知过程，如图1所示的认知环示意图，其包括如下步骤：（1）频谱感知；（2）频谱分析；（3）频谱决策。其中，频谱感知是通过对输入RF（Radio Frequency，射频）激励信号的分析，完成对空闲频谱的检测，频谱感知为采用某种信号检测算法（如能量检测算法，匹配滤波检测算法等），通过检测某频段上是否有信号存在，来判断该频谱是否被占用，从而完成对空闲频谱的检测；频谱分析是根据频谱感知结果和对其它无线输入信号的分析，完成信道状态信息的估计和信道容量的预计；频谱决策是根据频谱感知得到的空闲频谱资源和频谱分析结果，获得最后频谱使用的决策，这种决策包括频点、带宽、发射功率、调制方式等的决策。

频谱感知通过逐频带的二元信号检测来完成空闲频谱资源的检测，当在某一个被检测的频带上检测到有授权系统信号，则认为该频带被占用；当在某一个被检测的频带上没有检测到有授权系统信号，则认为该频带处于空闲。进一步的，频谱感知需要周期性的感知目前认知系统工作的频点，从而监测该频点授权系统的工作状态，同时也会监测非工作频点授权系统的工作状态，以保证一定的备用频点供认知系统备用。其中，对CR系统工作频点的频谱感知，一般称为带内频谱感知；对CR系统非工作频点的频谱感知，一般称为带外频谱感知。如图2所示，为带内频谱感知和带外频谱感知的示意图。

在多种应用场景下，对频谱感知能力的需求是要能够检测到微弱的授权系统信号，这要求频谱感知在低SNR（Signal to Noise Ratio，信噪比）环境下获得高检测性能。但是，在低SNR环境下的频谱感知容易受干扰影响，若在执行带内频谱感知时，认知系统仍在工作，则频谱感知将受到严重的本系统干扰，从而很大程度上降低频谱感知的准确性，并最终影响CR系统的性能。