基于壓縮感知的頻譜檢測(cè)方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，尤其涉及認(rèn)知無線電領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種基于 壓縮感知的頻譜檢測(cè)方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線通信業(yè)務(wù)對(duì)帶寬的需求越來越高。因此，亟需更高 的數(shù)據(jù)傳輸速率和更寬的頻譜資源。如今固定的無線頻譜分配政策使得某些頻段的利用率 不高而導(dǎo)致空閑，只有某些使用比較頻繁的移動(dòng)通信等頻段利用率比較高。認(rèn)知無線電技 術(shù)能夠使次級(jí)用戶動(dòng)態(tài)利用未被主用戶占用的頻譜資源，緩解頻譜資源緊張與頻譜利用率 低下并存的矛盾。
[0003] 頻譜檢測(cè)能夠獲取主用戶的忙閑狀態(tài)，是認(rèn)知無線電的基礎(chǔ)，因此受到了廣泛的 關(guān)注。頻譜檢測(cè)方法分為非合作檢測(cè)、合作檢測(cè)以及基于干擾溫度的檢測(cè)。其中，非合作檢 測(cè)也稱為發(fā)射機(jī)檢測(cè)，是應(yīng)用最為廣泛的一種頻譜檢測(cè)方法，該檢測(cè)方法通過測(cè)量環(huán)境中 是否存在主發(fā)射機(jī)信號(hào)來進(jìn)行頻譜檢測(cè)。非合作檢測(cè)進(jìn)一步包括匹配濾波器檢測(cè)、能量檢 測(cè)和循環(huán)平穩(wěn)檢測(cè)。其中，循環(huán)平穩(wěn)檢測(cè)在不需要知道主用戶的先驗(yàn)知識(shí)的條件下仍具有 較高的檢測(cè)性能。
[0004] 現(xiàn)有頻譜檢測(cè)技術(shù)主要存在以下問題，頻譜分析算法復(fù)雜，需要較高的采樣速率。 一篇專利號(hào)為CN103873170A的專利提出將壓縮感知用于頻譜檢測(cè)。壓縮感知也稱為壓縮 采樣，是基于信號(hào)稀疏性提出的，它可以在遠(yuǎn)低于奈奎斯特采樣速率的條件下對(duì)信號(hào)進(jìn)行 采樣并不損失信息地重構(gòu)奈奎斯特采樣信號(hào)。但由于需要重構(gòu)奈奎斯特采樣信號(hào)，所以壓 縮感知算法通常具有較高的復(fù)雜度。
[0005]綜上，亟需一種既可以滿足認(rèn)知無線電領(lǐng)域中對(duì)實(shí)時(shí)性的要求，又能夠有效實(shí)施 的頻譜檢測(cè)方法以解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是需要提供一種既可以滿足認(rèn)知無線電領(lǐng)域中 對(duì)實(shí)時(shí)性的要求，又能夠有效實(shí)施的頻譜檢測(cè)方法。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)的實(shí)施例首先提供了一種基于壓縮感知的頻譜檢 測(cè)方法，包括，基于采樣速率對(duì)頻譜環(huán)境中的信號(hào)進(jìn)行壓縮采樣得到壓縮采樣信號(hào)；利用所 述壓縮采樣信號(hào)恢復(fù)得到循環(huán)譜；根據(jù)所述循環(huán)譜檢測(cè)頻譜環(huán)境中是否存在頻譜空洞。
[0008] 優(yōu)選地，該方法還包括基于所述循環(huán)譜識(shí)別出壓縮采樣信號(hào)的符號(hào)速率和調(diào)制方 式，并根據(jù)所述符號(hào)速率、所述調(diào)制方式和設(shè)定的檢測(cè)概率實(shí)時(shí)調(diào)整采樣速率。
[0009] 優(yōu)選地，基于循環(huán)譜識(shí)別出壓縮采樣信號(hào)的符號(hào)速率和調(diào)制方式的步驟，包括：將 由壓縮采樣信號(hào)恢復(fù)的循環(huán)譜投影到循環(huán)頻域以得到壓縮采樣信號(hào)的循環(huán)頻域包絡(luò)；根據(jù) 所述循環(huán)頻域包絡(luò)提取壓縮采樣信號(hào)的載波頻率和符號(hào)速率；利用所述載波頻率和符號(hào)速 率產(chǎn)生模板信號(hào)，并將所述模板信號(hào)投影到循環(huán)頻域以得到模板信號(hào)的循環(huán)頻域包絡(luò)；將 壓縮采樣信號(hào)的循環(huán)頻域包絡(luò)與模板信號(hào)的循環(huán)頻域包絡(luò)的向量?jī)?nèi)積中向量夾角最小的 模板信號(hào)的調(diào)制方式判定為壓縮采樣信號(hào)的調(diào)制方式。
[0010] 優(yōu)選地，根據(jù)以下表達(dá)式恢復(fù)循環(huán)譜：
[0011]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于壓縮感知的頻譜檢測(cè)方法，包括： 基于采樣速率對(duì)頻譜環(huán)境中的信號(hào)進(jìn)行壓縮采樣得到壓縮采樣信號(hào)； 利用所述壓縮采樣信號(hào)恢復(fù)得到循環(huán)譜； 根據(jù)所述循環(huán)譜檢測(cè)頻譜環(huán)境中是否存在頻譜空洞。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟： 基于所述循環(huán)譜識(shí)別出壓縮采樣信號(hào)的符號(hào)速率和調(diào)制方式，并根據(jù)所述符號(hào)速率、 所述調(diào)制方式和設(shè)定的檢測(cè)概率實(shí)時(shí)調(diào)整采樣速率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述循環(huán)譜識(shí)別出壓縮采樣信號(hào)的 符號(hào)速率和調(diào)制方式的步驟，包括： 將由壓縮采樣信號(hào)恢復(fù)的循環(huán)譜投影到循環(huán)頻域以得到壓縮采樣信號(hào)的循環(huán)頻域包 絡(luò)； 根據(jù)所述循環(huán)頻域包絡(luò)提取壓縮采樣信號(hào)的載波頻率和符號(hào)速率； 利用所述載波頻率和符號(hào)速率產(chǎn)生模板信號(hào)，并將所述模板信號(hào)投影到循環(huán)頻域以得 到模板信號(hào)的循環(huán)頻域包絡(luò)； 將壓縮采樣信號(hào)的循環(huán)頻域包絡(luò)與模板信號(hào)的循環(huán)頻域包絡(luò)的向量?jī)?nèi)積中向量夾角 最小的模板信號(hào)的調(diào)制方式判定為壓縮采樣信號(hào)的調(diào)制方式。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，根據(jù)以下表達(dá)式恢復(fù)循環(huán) 譜： s(;)=H+rv 式中，ry為將壓縮采樣信號(hào)的協(xié)方差矩陣中的所有列連接起來形成的向量，為將循 環(huán)譜矩陣中的所有列連接起來形成的向量；H+為變換矩陣H的Moore Penrose廣義逆矩陣； 其中，H= ΛΤ+，T+為T的Moore Penrose廣義逆矩陣，矩陣
，，Φ為壓 縮矩陣，矩陣
I為NXN維單位矩陣，F(xiàn)為快速傅里葉變換矩 陣，QM，Bp，Gv和D v均為變換矩陣，?為Kronecker積。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述實(shí)時(shí)調(diào)整采樣速率的步驟具體包括： 利用所述符號(hào)速率、所述調(diào)制方式和設(shè)定的檢測(cè)概率確定壓縮采樣的壓縮增益； 根據(jù)所述壓縮增益得到壓縮采樣的壓縮率，并由所述壓縮率及奈奎斯特采樣速率確定 壓縮采樣的采樣速率。
6. -種基于壓縮感知的頻譜檢測(cè)裝置，包括： 壓縮采樣單元，其基于選定的采樣速率對(duì)頻譜環(huán)境中的信號(hào)進(jìn)行壓縮采樣得到壓縮采 樣信號(hào)； 頻譜分析單元，其利用所述壓縮采樣信號(hào)恢復(fù)循環(huán)譜； 空洞檢測(cè)單元，其根據(jù)所述循環(huán)譜估計(jì)頻譜環(huán)境中是否存在頻譜空洞。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，還包括模式識(shí)別單元以及參數(shù)調(diào)整單元， 其中，所述模式識(shí)別單元基于所述循環(huán)譜識(shí)別出壓縮采樣信號(hào)的符號(hào)速率和調(diào)制方式，所 述參數(shù)調(diào)整單元根據(jù)所述調(diào)制方式、所述符號(hào)速率和設(shè)定的檢測(cè)概率實(shí)時(shí)調(diào)整采樣速率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述模式識(shí)別單元根據(jù)以下步驟識(shí)別壓 縮采樣信號(hào)的符號(hào)速率和調(diào)制方式： 將由壓縮采樣信號(hào)恢復(fù)的循環(huán)譜投影到循環(huán)頻域以得到壓縮采樣信號(hào)的循環(huán)頻域包 絡(luò)； 根據(jù)所述循環(huán)頻域包絡(luò)提取壓縮采樣信號(hào)的載波頻率和符號(hào)速率； 利用所述載波頻率和符號(hào)速率產(chǎn)生模板信號(hào)，并將所述模板信號(hào)投影到循環(huán)頻域以得 到模板信號(hào)的循環(huán)頻域包絡(luò)； 將壓縮采樣信號(hào)的循環(huán)頻域包絡(luò)與模板信號(hào)的循環(huán)頻域包絡(luò)的向量?jī)?nèi)積中向量夾角 最小的模板信號(hào)的調(diào)制方式判定為壓縮采樣信號(hào)的調(diào)制方式。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述頻譜分析單元根據(jù)以下 表達(dá)式恢復(fù)循環(huán)譜： S(;)=H+rr 式中，ry為將壓縮采樣信號(hào)的協(xié)方差矩陣中的所有列連接起來形成的向量，Sicl為將循 環(huán)譜矩陣中的所有列連接起來形成的向量；H+為變換矩陣H的Moore Penrose廣義逆矩陣； 其中，H= ΛΤ+，T+為T的Moore Penrose廣義逆矩陣，矩陣.
Φ為壓 縮矩陣，矩陣：
I為NXN維單位矩陣，F(xiàn)為快速傅里葉變換矩 陣，QM，Bp，G，D ,均為變換矩陣，?為Kronecker積。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述參數(shù)調(diào)整單元根據(jù)以下步驟實(shí)時(shí)調(diào) 整米樣速率： 利用所述符號(hào)速率、所述調(diào)制方式和設(shè)定的檢測(cè)概率確定壓縮采樣的壓縮增益； 根據(jù)所述壓縮增益得到壓縮采樣的壓縮率，并由所述壓縮率及奈奎斯特采樣速率確定 壓縮采樣的采樣速率。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于壓縮感知的頻譜檢測(cè)方法及裝置，該方法包括：基于采樣速率對(duì)頻譜環(huán)境中的信號(hào)進(jìn)行壓縮采樣得到壓縮采樣信號(hào)；利用所述壓縮采樣信號(hào)恢復(fù)得到循環(huán)譜；根據(jù)所述循環(huán)譜檢測(cè)頻譜環(huán)境中是否存在頻譜空洞。該方法有效地降低了頻譜檢測(cè)時(shí)所需的采樣速率，實(shí)現(xiàn)了低采樣率條件下高準(zhǔn)確度的頻譜空洞檢測(cè)。同時(shí)通過省去了奈奎斯特采樣信號(hào)的重構(gòu)過程以及通過對(duì)符號(hào)速率和調(diào)制方式進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別，降低了方案的復(fù)雜度以及頻譜檢測(cè)所需的采樣率及方案的復(fù)雜度，提高了壓縮增益。
【IPC分類】H04B17-382
【公開號(hào)】CN104868962
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510237443
【發(fā)明人】馮志勇, 張軼凡, 付璇, 晏瀟, 楊建 , 田玉成
【申請(qǐng)人】北京郵電大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年5月12日