[发明专利]感知无线电的宽带频谱检测装置及方法

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宽带频谱检测装置及方法。

背景技术

无线电频谱是一种宝贵的有限资源，由国家和特定组织统一分配授权使用。一个频段通常只能供一个无线通信系统长期独立使用，不同的无线通信系统为了不会出现互相干扰，必须使用不同的频段。但是随着无线通信技术的迅猛发展，特别是近年来随着数据通信业务的广泛普及，无时无处不在的无线通信使得人们对频谱资源的需求越来越旺盛，频谱资源变得越来越稀缺。

解决频谱资源稀缺的一个主要途径是提高无线系统的传输效率，多发送/接收天线技术(MIMO)已经成了当前以及未来无线通信的必然选择。在MIMO通信系统中，由于多个发送/接收天线的使用，大大地提高了系统的未知信道参数的数量，这些未知参数都需要使用已知的导频或者训练信号估计得到。额外的导频序列占用了大量的物理资源，因而多天线的使用对这些未知参数的估计提出了很大的挑战。此外，采用如卷积Turbo码、高阶调制等高级的调制编码技术也是提高信道使用效率的方法之一，但是这些方法都无法显著提高频谱资源的利用效率。

另一方面，在传统无线网络中都采用了静态的频谱资源分配策略，其中各个用户之间需要分配足够的保护频带，以避免它们之间的互相干扰，因此当没有用户数据传输时就会造成频谱资源的浪费。研究表明在一定地点的某一时刻，大量授权频段都是没有被利用的，这样导致了频谱资源的利用效率特别低下。

目前，已经出现了改变传统无线网络的静态频谱资源的分配策略，采用动态资源管理机制可以从很大程度上解决频谱资源紧张的局面。感知无线电技术首先是在2000年Mitola的博士论文中提出的，它的定义为：感知无线电是一种基于模型推理在无线电相关领域实现特定能力水平的无线电。感知无线电的基本出发点是：为了提高频谱资源的利用率，具有感知功能的无线通信设备可以按照某种“伺机(Opportunistic Way)”的方式工作在已经授权的频段内。这种在空域、时域和频域中出现的可以被利用的频谱资源被统称为“频谱空洞”。

感知无线电的核心思想就是使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。感知无线电是一个可以感知无线电环境并相应改变其频谱使用方式的系统。在这样的系统中感知用户(也叫次要用户)借助感知无线电技术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，以避免对授权用户(也叫主要用户)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。

但是，在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术的缺陷在于：由于感知无线电的首要任务之一就是探测宽带无线资源中每一块窄带频谱的占用情况，因而根据奈奎斯特(Nyquist)采样理论，宽带的信号检测将会导致A/D采样器必须具有极高的采样速率，这对数字信号处理器的处理速度的要求也会大幅提高，从而导致硬件设备复杂度的增加和成本的大幅提高。

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.

[2]D.Donoho，“Compressed sensing，”IEEE Trans.Inf.Theory，vol.52，no.4，pp.5406-5425，Apr.2006.

[3]E.J.Candès and M.B.Wakin，“An introduction to compressive sampling，”IEEE Signal Process.Mag.，vol.25，no.2，pp.21-30，Mar.2008.

[4]H.Rauhut，K.Schnass and P.Vandergheynst，“Compressed Sensing and Redundent Dictionaries，”IEEE Trans.Inf.Theory，vol.54，no.5，pp.2210-2219，May 2008.