[发明专利]感知无线电的资源利用装置、方法及感知无线电系统

说明书

技术领域

本发明涉及通信系统，尤其涉及一种感知无线电的资源利用装置、方法及感知无线电系统。

背景技术

随着信息时代的到来，无线设备被广泛使用，无线频谱已经成为现代社会不可或缺的宝贵资源。无线频谱资源的分配利用通常是由无线电法规部门规定。目前世界各国普遍采用基于静态固定频段分配的原则，由此导致了频谱资源的利用通常低于30％。可见频谱的固定分配策略不能有效的利用频谱资源。

近年来通信界普遍认识到，固定频带分配是造成目前频谱资源日趋缺乏的一个主要原因。2002年11月，美国联邦通信委员会发布了一项旨在有效管理美国频谱资源的报告。报告明确指出：“在许多频带，频谱的准入是一个比频谱本身稀缺更加重要的问题，频谱的稀缺很大程度上由于法规限制了这些频谱上的潜在用户获得准入”。实际情况也是如此，对郊区在内的各类地域的频谱占用率的统计表明：一些频带在绝大多数时间是未被占用的，一些频带是部分时间被占用的，另外一些频带则是被密集占用的。

这种频谱的不均匀利用引导通信业界去考虑“频谱空洞”这一崭新的概念。频谱空洞是指已经分配给授权用户，但是在某一特定的时间和空间授权用户并不占用的一个子频带，该子频带可以被其他用户(感知用户)使用，如果授权用户一旦需要占用该频带，感知用户需要立即释放。频谱资源的动态接入使得频谱的使用效率得到了明显的提高。

感知无线电技术是建立在软件无线电平台之上的一份智能无线通信系统，它能够感知外部环境、使用边了解边积累的方法对外部环境进行学习、并根据外部环境提供的激励，对运行参数进行相应的修改(如传输功率、载波频率、调制方式等)，从而达到内部状态的自适应调整。

从定义上看，感知无线电应当具备的两个主要特征是感知能力和重新配置能力。感知能力能构使感知无线电与周围环境进行交互，进而决定适合的通信参数来适应环境的无线频谱资源；重新配置能力能够不改变任何硬件部分而调整传输功率、载波频率、调制方式等发射参数。感知无线电的感知能力要求无线通信设备具有发现“频谱空洞”并且能够合理利用所发现的“频谱空洞”的能力。感知用户主动的搜索频谱以寻求可以使用的频谱空洞，然后利用这些频谱空洞进行有效的通信，在通信过程中实时动态的进行参数控制，以避免对主要用户可能产生的干扰。基于这一特点感知无线电的首要任务就是进行频谱检测，查找能够用来进行业务传输的频谱空洞。

根据奈奎斯特(Nyquist)采样理论，宽带的信号检测会导致A/D采样器具有极高的采样速率，对数字信号处理器处理速度的要求也会大幅提高，从而导致硬件复杂度和的设备成本增加。由于现有频谱资源分配策略中，低使用效率的宽带频谱总是被分成诸多的子带，如果存在频谱空洞，频谱空洞总是以窄带形式出现，不会有针状空洞的出现。同样被占用频谱也是以窄带形式出现，不会存在某一个无线系统仅仅使用非连续离散的频点进行数据传输。通常情况下，感知无线电中的宽带频谱检测方法是在射频前端使用一系列可调谐的窄带带通滤波器且每一个窄带滤波器只能对整个宽带中的其中某个子带进行检测。这种方法需要大量的射频参数，每一个滤波器的调谐范围须预先设定。

近年来提出的压缩感知理论及其在信号处理应用中的研究为宽带频谱资源检测提供了一条可行的有效途径。压缩感知理论指出，对于被感知的稀疏或者变换稀疏信号，降低速率采样条件下也可以实现信号的完全重构。压缩感知理论为宽带频谱检测的可行性奠定了坚实的理论基础。

但是，在实施本发明的过程中，发明人发现：在现实的频谱资源使用中，频谱资源以子带形式被分配给特定的无线用户或者系统，而且不同子带上的信号功率是由授权基站根据授权用户的信号状态自适应调整的。感知用户检测到的宽带频谱将是近似分段连续的，每一段频谱的功率谱密度有高有低，即便采用多感知用户协同感知也很难做出某一子带是否真正被占用，即是一种非0即1类的判断。这种频谱占用的特点为感知基站决策能否使用该子带带来一定的困难。

以下列出本发明的参考文献，通过引用将它们并入于此，如同在本说明书中作了详尽描述。

[1]E.Candès，J.Romberg，and T.Tao，“Robust uncertainty principles：Exact signal reconstruction from highly incomplete frequency information，”IEEE Trans.Inf.Theory，vol.52，no.2，pp.489-509，Feb.2006.