[发明专利]一种快速多分辨率频谱感知模块

说明书

技术领域

本发明属于射频无线接收机技术领域，具体涉及一种应用于认知无线电中实现快速感知功能的多分辨率频谱感知模块(multi-resolution spectrum sensing)。可用于移动通信、无线宽带网络以及无线数据传输等技术标准的无线通信传输芯片。

背景技术

随着信息社会经济的快速发展，人们对移动通信及宽带无线接入业务的需求不断增长，无线频谱资源也就显得愈加珍贵。因此，如何提高频谱的利用率，一直以来就是无线通信领域研究的主要任务。近年来随着通信技术的发展及市场竞争日益激烈，固定与移动通信业务相互融合、电信与IT业务相互融合的趋势更加明显。主要出发点就是：有线网络的带宽是无限的；而无线网络的带宽却是有限的；因为可用的无线频谱资源非常有限，随着社会经济的发展，无线频谱资源将更加紧张。

为了解决无线频谱紧缺这一问题，人们引入了认知无线电这一概念。认知无线电的引入是基于这一事实，即如果审视包括郊区在内的各类地域内的频谱占用率，一些频带在绝大多数时间是未被占用的；而另外一些频带是部分时间被占据的；而另外一些频带则是被密集使用的。以模拟电视为例，我国电视信号的基本带宽为8MHz。而在VHF和UHF频段上，无线电视广播占用了数百MHz的频谱资源。也就是说，能够提供数十个频道的节目。但是，在绝大部分地区，实际使用无线方式传送的电视节目不过十几个。大部分电视节目都是通过有线电视方式传输给用户的。这就造成了大量的频谱资源浪费。频谱资源的紧缺以及频谱利用不均的情况使得动态频谱接入，即未授权用户可以在不对已授权用户产生干扰的前提下使用其并没正在使用的频带，成为了可能，也成为了提高频谱利用率的需要。

认知无线电的重要需求是探知频谱使用状态，而实现这一功能的就是频谱感知模块。频谱感知系统要求：作为非授权用户的认知无线电通信，其使用某频段的前提是不影响该频段授权用户的通信。那么这就需要对空间频谱的快速可靠的探测。可靠性表现为即使授权用户的信号幅度非常微弱，也能够可靠的将其探测出来，防止认知无线电通信对授权用户的通信干扰。可靠性需要频谱感知能达到足够高的探测精度。快速表现为进行认知无线电通信时，能够以足够短的时间监测到授权用户是否进入该频段，以及时将频段归还给主用户。快速需要频谱感知探测消耗尽可能少的探测时间。仅靠单一的频谱感知方法无法达到认知无线电对于频谱感知的要求。所以一般采用快速感知和精细感知协同工作来进行。快速感知模块通过对空间频谱能量的快速感知，探知各频带能量大小分布情况，通过这一初步的结果可以获得候选的频段。对这些备选频谱中，采取精细感知方法，对其进行进一步的探测，确定这些频带是否存在授权用户的信号。对于快速感知的要求就是能够以很短的时间扫描整个频段，单点的探测时间要很少。

对于快速感知的实现，一般会有两种类型的实现方法，一是数字实现，在接收机模数转换器之后对其进行能量评估。另一种是模拟实现，利用模拟模块将频谱能量量化。文献[1]中采用多分辨率频谱感知方法在模拟域实现对频谱的快速探测，相比数字能量探测方法，它能够实现实时的频谱探测，而且相对硬件开销也比较小。该设计采用窗函数来对输入信号取窗，利用改变窗函数带宽的方法来获得频谱分辨率的改变。

探测时间对于频谱感知来说至关重要，对于非授权用户的认知无线电用户而言，其通信必须不影响授权用户的使用。首先，在认知无线电用户接入频谱时，必须对整个频谱的使用状况进行扫描，寻找频谱的空挡进行接入，如果进行频谱感知的时间很短，那么一方面认知无线电用户可以及时进行通讯，另一方面用于数据传输的时间将得到延长。然后，在认知无线电用户进行采用某频段进行信号传输时，如果授权用户需要使用该频段，认知无线电用户必须及时将该频段归还给授权用户。所以在认知无线电用户必须阶段性的暂停数据传输，进行频谱感知。那么如果压缩频谱感知时间，即可获得更长的数据传输时间。一般对于频谱的感知由快速感知和精细感知两部分构成，如果在快速感知中减少探测时间，那么这些时间提供给精细感知可获得更高的可靠性。一般模拟实现的探测速度比数字实现更快，对于文献[1]中的基于窗函数的多分辨率感知技术，当所需要的频谱分辨率比较精细的时候，其探测时间急剧增加，也就是说它的探测时间和探测频谱精度存在着相互制约的关系。如果所需探测的频带较宽，那么整个探测时间将变得很长。如果能够打破探测时间与探测频谱精度之间的折中，那么就能有效的减小探测时间。

发明内容

本发明的目的是设计一种用于认知无线电快速感知功能的多分辨率频谱感知模块，要求其动态范围大，感知时间少，频谱分辨率高以及频谱分辨率的自由调节。