[发明专利]基于空频联合压缩感知的宽带频谱检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于空频联合压缩感知的宽带频谱检测方法，属于通信技术领域。

背景技术

近些年来，随着无线通信技术的迅速发展，无线通信业务对频谱资源的需求也日益增大，传统的固定式的频谱分配策略已经不能满足现有用户对频谱的要求，认知无线电旨在不影响主用户正常通信的前提下，由次用户通过动态频谱接入的方式，共享和使用空闲频谱，解决频谱资源匮乏的问题。

认知无线电中的核心思想是次用户具有发现频谱空穴并合理利用的能力，次用户借助现有的无线电技术对频谱空穴进行搜索，利用空白频段进行有效通信，同时通过动态实时地控制参数避免对主用户产生干扰，因此，整个过程的关键在于频谱检测。

传统的宽带频谱检测方法通常采用滤波预处理，即让宽带频谱划分成多个子带进行处理。无线电检测设备中常用的技术是采用多组滤波器，或者在其射频前端加装一个可调的窄带滤波器，它需要滤波器中心频点可调，并局限于每次只能对一个频段进行检测，而且每个滤波频段的范围相对固定，难以达到认知无线电中检测实时性极高的要求。

如果对整个宽频范围的频谱直接扫描，则需要高速模数转换器件(ADC)，它虽然发展很快，其采样速率也不断提高，但相对于认知无线电中的高达数GHz超宽频段，根据奈奎斯特采样定理，这样高速ADC无论从技术或是从成本角度都是难以实现的，因此同样难以完成实时宽频检测的任务。

压缩感知是最近几年出现的新技术并迅速得到发展，压缩感知技术认为自然界的大部分信号是稀疏或相对稀疏的，那么就可以进行压缩并重构，它的实质是一种能保证较好重构性能下的欠采样技术，它将对信号的采样泛化到对信息的采集，突破了传统奈奎斯特采样定理的约束，为通信和信号处理的多个应用领域开启了新的大门。

利用认知无线电信号在频域的稀疏性，压缩感知技术能解决认知无线电中宽频检测的难题，具备压缩感知技术的模拟信息转换器(AIC)可用于宽带频谱检测，它只需要远低于传统ADC的采样率，因此能够完成宽频范围的快速扫描。该器件通过伪随机码产生随机观测矩阵，使待检测信号在该矩阵上进行投影观测，在解码端可利用现有的一些重构算法对原信号进行重构并检测，结合小波边缘探测方法检测出各个占用频段的位置，从而确定出频谱空穴的位置并加以利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够通过利用认知电在空域和频域上的双重稀疏性，在不增加压缩比的前提下，提高频谱空穴的检测概率的一种基于空频联合压缩感知的宽带频谱检测方法。

本发明采用如下技术方案解决上述技术问题：本发明设计了一种基于空频联合压缩感知的宽带频谱检测方法，包括如下步骤：

步骤(1)：无线传感网中共含有n个节点，n定义为正整数，设基站的发送功率为P_pu，第i个节点检测到的功率为P_i，基站到节点的距离为d_i，利用公式确定无线传感网中各节点的分布半径，选出所有节点中位于中心位置的节点n_c为簇头，并确定出空域观测种子和频域观测种子其中，i＝1，2，3…n，α定义为路径损耗系数，β定义为修正系数，c定义为节点中心，定义为空域观测种子，M_s为空域种子数，定义为频域观测种子，M_f为频域种子数；

步骤(2)：建立空域观测矩阵和频域观测矩阵其中randn为伪随机数发生函数，定义为空域节点种子，N_s定义为空域上的节点种子数，定义为频域节点种子，N_f定义为频域上的节点种子数；