[发明专利]一种基于信号聚合特性的认知无线电宽带频谱感知方法

说明书

技术领域

本发明属于认知无线电(Cognitive Radio,CR)领域，尤其涉及认知无线电宽带频谱感知技术。

背景技术

认知无线电(Cognitive Radio,CR)作为一种新兴的、致力于解决无线电频谱资源匮乏问题的关键技术，近年来得到了非常广泛的重视。CR能够动态地利用时间和空间上暂时空闲的无线频谱资源，因此被认为是未来实现动态频谱接入、解决无线频谱资源紧缺问题的关键技术之一。CR是一种复杂的无线通信系统，需要解决无线频谱感知、动态频谱接入和分配管理等诸多问题。对系统外部的已授权频谱状态进行感知，是CR的核心技术之一，也是实现动态频谱管理和共享的前提。

目前，匹配滤波器感知技术(Matched Filter based Spectrum Sensing,MFSS)、能量检测感知技术(Energy Detection based Spectrum Sensing,EDSS)和循环平稳特征感知技术(Cyclostationary Feature based Spectrum Sensing,CFSS)是最常用的三种频谱感知技术。匹配滤波器检测技术是在已知授权用户(Primary User,PU)信号先验信息情况下的一种最优检测方法，这些先验信息包括调制方式、脉冲波形、导频信号、数据包格式、同步码或扩频码以及信道状态信息等；如果接收机不具备足够的先验信息，那么最佳的频谱感知方法就是能量检测，因为能量检测仅仅根据接收信号的能量大小进行频谱状态判别；循环平稳特征检测方法是利用接收信号的循环平稳特性对PU信号进行检测，利用了PU信号的部分先验信息。这三种方法各有所长，因此需要根据实际情况选择其中最优的一种或将多种方法结合使用，关于它们的比较见表1：

表1三种典型的频谱感知技术优缺点对比

在CR频谱感知的概念提出后，对能量检测的研究开始大量出现，致力于检测可能位于任何地理位置、出现在任何时刻、具有任意结构形式的PU信号。另一方面，宽带频谱感知技术(Wideband Spectrum Sensing,WBSS)也逐渐受到越来越多的关注，它能够为CR网络内的授权频谱次级用户(Secondary User,SU)提供更灵活、更多元化的空闲频段接入选择，较传统的窄带频谱感知技术(Narrowband Spectrum Sensing,NBSS)更具现实应用方面的优势。

传统的NBSS技术每次只能检测其固定频带宽度内的频谱状态，若将其用于宽带授权频谱进行检测，则每次只能对宽带频谱内的一个子频带进行检测处理，效率较低。为了提高检测效率，WBSS技术在NBSS技术的基础上发展起来，其主要目标是实现SU在宽频带内的伺机快速接入。例如，从470MHz到890MHz属于广播电视频段，广播电视信号在此频段上通常将其按照6MHz每信道(子频带)进行划分，这些信道在某一地点或者在某一时间段内可能有多个是未使用的，那么SU就可以伺机将这些未使用的信道利用起来，实现次级频谱接入。对于在CR网络中实现高速数据的传输，WBSS技术将发挥重要的作用。但是，WBSS技术目前面临感知场景、感知灵敏度、感知互干扰和系统复杂度等多方面的难题和挑战。

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)是多载波宽带数字调制技术的一种。它能充分地利用频带宽度，有效地减少和克服码间串扰，具有明显的抗多径干扰能力，已经广泛地应用于宽带通信中。CR系统在采用OFDM技术体制后，一方面可以将宽带授权频段(Licensed Frequency Bands，LFB)在频域上分解为一系列的连续子载波，对各个子载波宽度内对应的频谱状态进行感知，形成空闲子载波频谱池以供CR用户使用；另一方面，OFDM技术也容易将在宽带LFB上获得的连续或者不连续的空白频段资源，以子载波的开/关控制方式加以利用。总之，当CR接收机采用了OFDM技术之后，其监测下的宽带频谱就分解为OFDM接收机监测下的多个连续的子载波，宽带频谱感知的任务就转化为将这些子载波的状态进行“占用”和“空闲”判别，并将空闲的子载波进行下一步接入利用。基于上述原因，OFDM被认为是非常有利于CR实现应用的物理层技术之一。

发明内容