本发明专利技术公开了一种基于压缩感知的频谱检测方法及装置，该方法包括：基于采样速率对频谱环境中的信号进行压缩采样得到压缩采样信号；利用所述压缩采样信号恢复得到循环谱；根据所述循环谱检测频谱环境中是否存在频谱空洞。该方法有效地降低了频谱检测时所需的采样速率，实现了低采样率条件下高准确度的频谱空洞检测。同时通过省去了奈奎斯特采样信号的重构过程以及通过对符号速率和调制方式进行实时识别，降低了方案的复杂度以及频谱检测所需的采样率及方案的复杂度，提高了压缩增益。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信领域，尤其涉及认知无线电领域，具体地说，是涉及一种基于 压缩感知的频谱检测方法及装置。
技术介绍
随着无线通信技术的发展，无线通信业务对带宽的需求越来越高。因此，亟需更高 的数据传输速率和更宽的频谱资源。如今固定的无线频谱分配政策使得某些频段的利用率 不高而导致空闲，只有某些使用比较频繁的移动通信等频段利用率比较高。认知无线电技 术能够使次级用户动态利用未被主用户占用的频谱资源，缓解频谱资源紧张与频谱利用率 低下并存的矛盾。 频谱检测能够获取主用户的忙闲状态，是认知无线电的基础，因此受到了广泛的 关注。频谱检测方法分为非合作检测、合作检测以及基于干扰温度的检测。其中，非合作检 测也称为发射机检测，是应用最为广泛的一种频谱检测方法，该检测方法通过测量环境中 是否存在主发射机信号来进行频谱检测。非合作检测进一步包括匹配滤波器检测、能量检 测和循环平稳检测。其中，循环平稳检测在不需要知道主用户的先验知识的条件下仍具有 较高的检测性能。 现有频谱检测技术主要存在以下问题，频谱分析算法复杂，需要较高的采样速率。 一篇专利号为CN103873170A的专利提出将压缩感知用于频谱检测。压缩感知也称为压缩 采样，是基于信号稀疏性提出的，它可以在远低于奈奎斯特采样速率的条件下对信号进行 采样并不损失信息地重构奈奎斯特采样信号。但由于需要重构奈奎斯特采样信号，所以压 缩感知算法通常具有较高的复杂度。综上，亟需一种既可以满足认知无线电领域中对实时性的要求，又能够有效实施 的频谱检测方法以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题之一是需要提供一种既可以满足认知无线电领域中 对实时性的要求，又能够有效实施的频谱检测方法。为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了一种基于压缩感知的频谱检 测方法，包括，基于采样速率对频谱环境中的信号进行压缩采样得到压缩采样信号；利用所 述压缩采样信号恢复得到循环谱；根据所述循环谱检测频谱环境中是否存在频谱空洞。 优选地，该方法还包括基于所述循环谱识别出压缩采样信号的符号速率和调制方 式，并根据所述符号速率、所述调制方式和设定的检测概率实时调整采样速率。 优选地，基于循环谱识别出压缩采样信号的符号速率和调制方式的步骤，包括：将 由压缩采样信号恢复的循环谱投影到循环频域以得到压缩采样信号的循环频域包络；根据 所述循环频域包络提取压缩采样信号的载波频率和符号速率；利用所述载波频率和符号速 率产生模板信号，并将所述模板信号投影到循环频域以得到模板信号的循环频域包络；将 压缩采样信号的循环频域包络与模板信号的循环频域包络的向量内积中向量夹角最小的 模板信号的调制方式判定为压缩采样信号的调制方式。 优选地，根据以下表达式恢复循环谱：【主权项】1. 一种基于压缩感知的频谱检测方法，包括： 基于采样速率对频谱环境中的信号进行压缩采样得到压缩采样信号； 利用所述压缩采样信号恢复得到循环谱； 根据所述循环谱检测频谱环境中是否存在频谱空洞。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤： 基于所述循环谱识别出压缩采样信号的符号速率和调制方式，并根据所述符号速率、 所述调制方式和设定的检测概率实时调整采样速率。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述循环谱识别出压缩采样信号的 符号速率和调制方式的步骤，包括： 将由压缩采样信号恢复的循环谱投影到循环频域以得到压缩采样信号的循环频域包 络； 根据所述循环频域包络提取压缩采样信号的载波频率和符号速率； 利用所述载波频率和符号速率产生模板信号，并将所述模板信号投影到循环频域以得 到模板信号的循环频域包络； 将压缩采样信号的循环频域包络与模板信号的循环频域包络的向量内积中向量夹角 最小的模板信号的调制方式判定为压缩采样信号的调制方式。4. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，根据以下表达式恢复循环 谱： s(;)=H+rv 式中，ry为将压缩采样信号的协方差矩阵中的所有列连接起来形成的向量，为将循 环谱矩阵中的所有列连接起来形成的向量；H+为变换矩阵H的Moore Penrose广义逆矩阵； 其中，H= ΛΤ+，T+为T的Moore Penrose广义逆矩阵，矩阵，，Φ为压 缩矩阵，矩阵I为NXN维单位矩阵，F为快速傅里叶变换矩 阵，QM，Bp，Gv和D v均为变换矩阵，?为Kronecker积。5. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述实时调整采样速率的步骤具体包括： 利用所述符号速率、所述调制方式和设定的检测概率确定压缩采样的压缩增益； 根据所述压缩增益得到压缩采样的压缩率，并由所述压缩率及奈奎斯特采样速率确定 压缩采样的采样速率。6. -种基于压缩感知的频谱检测装置，包括： 压缩采样单元，其基于选定的采样速率对频谱环境中的信号进行压缩采样得到压缩采 样信号； 频谱分析单元，其利用所述压缩采样信号恢复循环谱； 空洞检测单元，其根据所述循环谱估计频谱环境中是否存在频谱空洞。7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括模式识别单元以及参数调整单元， 其中，所述模式识别单元基于所述循环谱识别出压缩采样信号的符号速率和调制方式，所 述参数调整单元根据所述调制方式、所述符号速率和设定的检测概率实时调整采样速率。8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述模式识别单元根据以下步骤识别压 缩采样信号的符号速率和调制方式： 将由压缩采样信号恢复的循环谱投影到循环频域以得到压缩采样信号的循环频域包 络； 根据所述循环频域包络提取压缩采样信号的载波频率和符号速率； 利用所述载波频率和符号速率产生模板信号，并将所述模板信号投影到循环频域以得 到模板信号的循环频域包络； 将压缩采样信号的循环频域包络与模板信号的循环频域包络的向量内积中向量夹角 最小的模板信号的调制方式判定为压缩采样信号的调制方式。9. 根据权利要求6至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述频谱分析单元根据以下 表达式恢复循环谱： S(;)=H+rr 式中，ry为将压缩采样信号的协方差矩阵中的所有列连接起来形成的向量，Sicl为将循 环谱矩阵中的所有列连接起来形成的向量；H+为变换矩阵H的Moore Penrose广义逆矩阵； 其中，H= ΛΤ+，T+为T的Moore Penrose广义逆矩阵，矩阵.Φ为压 缩矩阵，矩阵：I为NXN维单位矩阵，F为快速傅里叶变换矩 阵，QM，Bp，G，D ,均为变换矩阵，?为Kronecker积。10. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述参数调整单元根据以下步骤实时调 整米样速率： 利用所述符号速率、所述调制方式和设定的检测概率确定压缩采样的压缩增益； 根据所述压缩增益得到压缩采样的压缩率，并由所述压缩率及奈奎斯特采样速率确定 压缩采样的采样速率。【专利摘要】本专利技术公开了一种基于压缩感知的频谱检测方法及装置，该方法包括：基于采样速率对频谱环境中的信号进行压缩采样得到压缩采样信号；利用所述压缩采样信号恢复得到循环谱；根据所述循环谱检测频谱环境中是否存在频谱空洞。该方法有效地降低了频谱检测时所需的采样速率，实现了低采样率条件下高准确度的频谱空洞本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于压缩感知的频谱检测方法，包括：基于采样速率对频谱环境中的信号进行压缩采样得到压缩采样信号；利用所述压缩采样信号恢复得到循环谱；根据所述循环谱检测频谱环境中是否存在频谱空洞。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：冯志勇，张轶凡，付璇，晏潇，杨建，田玉成，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。