[发明专利]一种MIMO-OFDM系统频-空二维谱空穴检测方法

说明书

本发明公开了一种MIMO‑OFDM系统频‑空二维谱空穴检测方法，包括以下步骤：S1，构建MIMO‑OFDM无线通信系统中主用户信号的子载波子空间空域联合稀疏模型；S2，对所述的子载波子空间空域联合稀疏模型进行求解，获得频‑空域稀疏编码解；S3，针对所述的频‑空域稀疏编码解，提取非零元素的位置，构成支撑集，从而获得主用户信号在频‑空二维平面上的投影点集，对所述的主用户信号在频‑空二维平面上的投影点集取补集，进而获得频‑空二维谱空穴投影点集。本发明获得了频‑空二维上的谱分布和谱空穴分布情况，从而更有利于认知用户利用空间和频率两个维度的谱空穴接入频谱资源，为认知用户随时随地接入频谱资源提供了前提保障。

技术领域

本发明涉及一种MIMO-OFDM系统频-空二维谱空穴检测方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着互联网、物联网和各种通信设备的迅速发展，无线通信业务对频谱资源的需求也与日俱增，然而目前可使用的频谱资源已被静态分配殆尽，使得频谱资源短缺甚至呈现白日化状态。另外一方面，诸多报导和研究表明被静态分配的频谱利用率很低。以上现状表明传统的固定分配策略已经不能满足现有通信用户对频谱的要求，因此频谱资源如何被动态管理和高效使用已经成为广大学者迫切解决的问题。最近十几年来，认知无线电技术是解决该问题的核心技术之一，而其中的频谱感知是认知无线电的关键技术之一。

目前，在认知无线电中，空闲频谱资源利用的研究主要集中在时-频域，空域的利用非常有限，因此研究时、空、频等多个维度接入空闲频谱方法，对于认知无线电频谱效率的提高不失为一种有效途径，而时-空-频等多维谱空穴高精度检测是实现多维谱空穴接入的前提保障。在认知无线电中，关于空闲频谱资源检测问题，以往的研究主要集中在时域、频域、空域等单个维度上，其相关的研究方法已比较成熟，然而关于各种联合域的谱空穴检测问题仍然具有挑战性，尤其是对于经过频分复用、空分复用、码分复用等多路复用技术调制或联合复用调制信号，比如，被第四代移动通信用作核心技术的多输入多输出(MIMO)与正交频分复用(OFDM)相结合的MIMO-OFDM系统信号，其联合域的谱空穴检测研究已成为开放性课题。MIMO-OFDM无线通信系统通过充分利用时间、空间和频率三种分集技术进行调制和传输信号，其特征之一是某个载波信号从多个方向发射或多个载波信号通过相近或相同方向发射。本发明针对具有如此特性的MIMO-OFDM无线通信系统信号的频-空二维谱空穴联合检测问题，提出了一种基于子空间联合稀疏表示的频-空二维谱空穴检测方法，目的在于利用认知无线电网络基站宽带测向接收机进行实时、高精度的估计MIMO-OFDM无线通信系统信号的频率和来波方向，从而发现频-空二维谱空穴，为认知用户随时随地接入频谱资源提供理论前提。

申请号为“201310015327.1”的专利文件公开了“基于空频联合压缩感知的宽带频谱检测方法”，该方法利用压缩采样直接获得压缩数据的技术、频谱感知技术，构造了空间小波基，利用主用户信号在空域和频域上的双重稀疏性，通过使用频-空二维压缩方法，在不增大压缩比的前提下，提高了谱空穴的检测概率。申请号为“201510058061.8”的专利文件公开了基于能量有效的多任务贝叶斯压缩感知宽带频谱检测方法，该方法利用认知无线网络中主用户信号在空频域的稀疏性，认知基站通过基于期望最大化算法和相关向量机模型进行多任务贝叶斯压缩感知参数估计，实现多用户多任务传输条件下的稀疏信号重构与宽带频谱检测。在满足一定检测性能和重构误差的条件下，实现节点感知能耗最小。

以上两个发明均利用了主用户信号在频域上和空域的双重稀疏性，分别采用压缩感知压缩采样技术和贝叶斯压缩感知理论进行稀疏求解和宽带频谱检测，但最后的输出结果仅仅是宽频带内各子频带的占用情况，二者均未检测频谱资源的空间维度信息，这将意味着认知用户将错失空间维度的谱空穴接入机会。