[发明专利]认知无线电系统中的频谱感知方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种认知无线电系统中的频谱感知方法和设备。

背景技术

随着移动通信事业的快速的发展，日益增长的宽带无线通信需求与有限频谱资源的矛盾日趋明显，虽然在LTE（Long Term Evolution，长期演进）已采用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用），MIMO（Multiple Input Multiple Output，多入多出）等技术来提高频谱利用率，但是这些并不能根本上解决有限频谱资源的问题。

随着移动业务在未来飞速的发展，电信运营商将面临更严峻的频谱资源短缺的问题，另一方面，一些无线系统的频谱使用在时间和地域上几乎空闲，如对于广播电视频段，随着广播电视系统从模拟传输向数字传输的发展，由于数字传输能极大的提高传输容量，使得很多广播电视频段长期处于空闲状态，浪费了宝贵的无线资源。而其它很多无线系统也被证明其频谱并未得到充分利用。

为解决频谱资源紧缺的问题，新的无线电技术——认知无线电（Cognitive Radio， CR）技术已经被广泛的关注。认知无线电技术是一种解决目前频谱资源紧缺的有效手段。认知无线电是一个智能无线通信系统，能够感知外界环境，并使用人工智能技术从环境中学习，通过实时改变某些操作参数（比如传输功率、载波频率和调制技术等），使其内部状态适应接收到的无线信号统计特性变化，以达到任何时间、任何地点均可以实现高度可靠通信，以及对频谱资源进行有效利用的效果。

为达到上述的目的，认知无线电通过一个认知环来完成整个认知过程，包括如下三个步骤：

（1）频谱感知，通过对输入RF（Radio Frequency，射频）激励信号的分析，完成对空闲频谱的检测。

（2）频谱分析，根据频谱感知的结果和其它无线输入信号的分析，完成信道状态信息的估计和信道容量的预计。

（3）频谱决策，根据频谱感知得到的空闲频谱资源和频谱分析的结果，获得最后频谱使用的决策，这种决策包括频点、带宽、发射功率、调制方式等的决策。

现有的无线规则是为不同的业务固定划分频段，比如：规定广播业务的频率分布于中频（Medium Frequency，MF），高频（High Frequency，HF），甚高频（Very High Frequency，VHF），或者低的特高频（Ultra High Frequency，UHF），而移动业务的频率分布于高的特高频（UHF），超高频（Super High Frequency，SHF）。在某频段上授权工作的系统称之为授权系统，但授权系统可能并不会完全使用整个分配的频段，从而使很多频带处于空闲。认知无线电系统通过一种机会“见缝查针”的方式，机会性的使用空闲的频谱资源，如图1所示，为现有技术中认知无线电的频谱使用方式的示意图。

认知无线电的频谱感知通过逐频带的二元信号检测来完成空闲频谱资源的检测，一般意义上，可以认为频谱感知技术就是一种信号检测技术。频谱感知需要满足一定的感知灵敏度要求，即接收到的待检测信号功率大于感知灵敏度要求能检测到该信号，从而，保证不会对授权系统产生有害的干扰。

一方面，频谱感知需要周期性的感知目前认知系统工作的频点，从而监测该频点授权系统的工作状态。但如上所述，频谱感知需要能检测到微弱的授权系统信号，这要求频谱感知在低的SNR（Signal-to-Noise power Ratio，信号与噪声功率比，简称信噪比）环境下获得比较高的检测性能。但是在这种低SNR环境下的感知，频谱感知很容易受干扰的影响。若在执行频谱感知时认知系统仍然在工作，那么，频谱感知将受到严重的本系统干扰，从而，很大程度上降低频谱感知的准确性，并最终影响认知系统的性能。所以，目前对于认知系统工作频点的感知需要保持认知系统静默。

另一方面，频谱感知需要周期性的感知其它频点（认知系统非工作的频点），以获得备用的空闲频谱信息。考虑到对于认知系统非工作频点的感知并不会受到本系统的干扰，所以，不需要在执行频谱感知时保持认知系统静默。

如图2所示，为现有技术中对于认知无线电工作频点和非工作频点的感知方式的示意图。

对于认知无线电系统，由于各个认知无线电小区具有动态频谱使用能力。所以，在多个认知小区多的环境下，各个认知小区可能根据当地无线环境选择合适的频点工作，很可能工作于不同的频点。在多小区组网的情况下，对于非工作频点的频谱感知可能受到邻近工作于待感知频点系统的干扰，从而影响频谱感知的性能。