[发明专利]一种基于多天线的空域频谱感知方法

说明书

本发明属于认知无线电技术领域，具体涉及一种基于多天线的空域频谱感知方法。本发明是将空间角度维信息作为一种新的频谱机会的空域频谱感知方法，估计出信号空间角度维的到达角，通过波束形成技术，就可以避开主用户通信方向或对主用户通信方向进行零陷天线波束设计，这样，认知用户就可以在同一频率、同一时间甚至同一地点，避开主用户的通信方向，通过不同的空间角度进行频谱接入，从而增加系统容量，提高频谱利用率。本发明将空间角度维信息作为一种新的频谱机会，检测空间角度维的频谱空穴，同传统维度的频谱感知算法相比，虽增加了实现复杂度，但增加了系统容量，提高了频谱利用率。

技术领域

本发明属于认知无线电技术领域，具体涉及一种基于多天线的空域频谱感知方法。

背景技术

随着无线通信的不断发展，频谱资源变得越来越稀缺，这严重制约了通信技术的发展。要推动无线通信的发展，就需要提升频谱资源的利用率，其中认知无线电(CR)技术就是一种解决频谱短缺，提高频谱资源利用率的有效方法。CR的基本思想是频谱共享或频谱复用，它的一个特点是在不对授权主用户(PU)通信产生干扰的前提下，允许未授权认知用户(CU)机会的接入授权频段。为实现这一目的，认知用户(CU)系统必须不断地检测授权主用户(PU)是否正在占用某授权频段，也即频谱感知过程。

传统维度的频谱感知算法虽然在一定程度提高了检测性能，但主要在频率维度、时间维度和地理纬度进行检测，频谱开发能力有限。另一方面，多天线技术的飞速发展和5G大规模天线阵的应用使移动终端和基站具备了角度识别能力，促进了角度维频谱资源的开发。如果估计出信号空间角度维的到达角，通过波束形成技术，就可以避开主用户(PU)通信方向或对主用户通信方向进行零陷天线波束设计，这样，认知用户就可以在同一频率、同一时间甚至同一地点，避开主用户的通信方向，通过不同的空间角度进行频谱接入，从而增加系统容量，提高频谱利用率。

发明内容

本发明提出一种基于多天线的空域频谱感知方法，目的在于增加系统容量，提高频谱利用率。

本发明的技术方案为：

对于载有多天线的认知用户(CU)，天线为各向同性的M元均匀圆形阵列(UniformCircular Array,UCA)。假设空间中有D(D≤M)个远场主用户信号从不同方向入射到M元均匀圆形阵列，将均匀圆形阵列的圆心作为参考点，则到达阵元j的第i个主用户信号为：

其中，h_ij表示第i个主用户信号s_i(t)和第j个接收天线之间的信道增益，z_i(t)为第i个主用户信号的复包络，包含信号信息，为空间信号的载波。由于信号满足窄带假设条件，则z_i(t-τ)≈z_i(t)，经过传播延迟τ后的信号可以表示为：

则理想情况下第j个阵元接收到的信号可以表示为：

其中，τ_ij为第i个主用户信号到达阵元j时相对于参考点的时延，w_j(t)为阵元j上方差为σ²的加性高斯白噪声。

本发明的空域频谱感知方法包括以下步骤：

S1、阵列天线对接收信号进行N次采样，则认知用户每个阵列天线接收到的信号表示为：

其中，为信号传播时延造成的相位差，i＝1,2,...,D表示第i个主用户信号，j＝1,2,…,M表示第j个接收天线，θ_i和分别表示第i个主用户信号的方位角和仰角，n＝0,1,…,N-1表示第n个采样序号，λ表示波长、表示载波角频率；令M个阵列天线的接收数据构成一个M×N维矩阵：