CN103596184B - 一种认知无线电系统的频谱感知方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种认知无线电系统的频谱感知方法及设备。该方法包括：获取感知时间段内所述多天线在各方向上的接收信号；根据给定频点，分别对感知时间段内各方向上的信号进行信号处理，得到所述给定频点在各方向上的检测统计量，并将所述检测统计量与预设门限进行比较；根据所述给定频点在各方向上的检测统计量与预设门限的比较结果，对所述给定频点在各方向上能否被认知无线电系统所使用进行判决。本发明采用多天线获得授权系统的空域信息，进行频域和空域频谱可用性判决，从而使频谱在空间上被灵活使用。

Description

一种认知无线电系统的频谱感知方法及设备

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种认知无线电系统的频谱感知方法及设备。

背景技术

随着移动通信事业的快速发展，日益增长的宽带无线通信需求与有限的频谱资源之间的矛盾日趋明显，虽然在LTE（Long Term Evolution，长期演进）系统已采用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）、MIMO（Multiple-InputMultiple-Out-put，多输入多输出）等技术来提高频谱利用率，但是这些并不能从根本上解决频谱资源短缺的问题。随着移动业务的飞速发展，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，一些无线通信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，由于数字传输能极大的提高传输容量，因此随着广播电视系统从模拟传输向数字传输的发展，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。而其它很多无线通信系统也被证明其频谱并未得到充分利用。

为解决频谱资源短缺的问题，认知无线电（Cognitive Radio,CR）技术已经被广泛的关注。认知无线电是智能无线通信系统，通过频谱感知获得当前位置可使用的空闲频段资源，并能机会性的使用空闲频段，从而提高频谱使用效率，缓解频谱资源紧张的局面。现有频谱感知采用全向天线执行感知，感知结果无法获得授权系统的方向信息，从而无法在空间上采用更灵活的方式使用频谱。它能够感知外界环境，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，以达到以下目的：（1）任何时间、任何地点的高度可靠通信；（2）对频谱资源的有效利用。

为达到上述的目的，认知无线电通过认知环来完成整个认知过程，如图1所示，它包括如下三个步骤：（1）频谱感知；（2）频谱分析；（3）频谱决策。其中，频谱感知是通过对输入RF（Radio Frequency，射频）激励信号的分析，完成对空闲频谱的检测；而频谱分析则是根据频谱感知的结果和对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；频谱决策是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。

如图2所示，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。当某一个频带被检测到有授权系统信号，则认为该频带被占用；当某一个频带没有被检测到有授权系统信号，则认为该频带处于空闲。

现有的频谱感知一般采用单天线的全向天线进行感知，或采用多天线感知。

采用单天线的全向天线进行感知，无法获得授权系统的空间信息。由于无法获得空间信息，所以无法在空间上对频谱进行更有效的使用。如频谱感知到某频点不可用，则所有方向上频谱都不可用，但是实际上认知通信系统可以在非授权系统存在的方向上使用。另一方面，全向天线所带来的天线增益一般是比较低的，这使得频谱感知更难检测到一些弱信号。

多天线感知技术一般利用多天线接收信号的相关性，或者利用多天线的分集增益来提高检测性能。但该方法也无法获得授权系统的空间信息，所以频谱也不能在空间上被灵活的使用。

发明内容

本发明提实施例供了一种认知无线电系统的频谱感知方法及设备，用以采用多天线获得授权系统的空域信息，进行频域和空域频谱可用性判决，从而使频谱在空间上被灵活使用。

本发明实施例提供的认知无线电系统的频谱感知方法，应用于采用多天线感知无线电系统频谱的过程，该方法包括：

获取感知时间段内所述多天线在各方向上的接收信号；

根据给定频点，分别对感知时间段内各方向上的接收信号进行信号处理，得到所述给定频点在各方向上的检测统计量，并将所述检测统计量与预设门限进行比较；

根据所述给定频点在各方向上的检测统计量与预设门限的比较结果，对所述给定频点在各方向上能否被认知无线电系统所使用进行判决。

本发明实施例提供的基站设备，包括阵列天线，还包括：控制模块、阵列天线信号处理模块、信号检测模块和频谱可用性判决模块，其中：

控制模块，用于将所述阵列天线的扫描空间划分为M个方向，M＞1，每个方向对应设置有一组阵列阵元加权系数；以及，对所述阵列天线信号处理模块和信号检测模块进行配置；

阵列天线信号处理模块，用于对于所述控制模块配置的M个方向中的每个方向，使用相应方向对应的阵列加权系数，对阵列天线各阵元在感知时间段内的接收信号进行加权合并处理，得到相应方向上的信号；

信号检测模块，用于根据所述控制模块配置的给定频点，分别对感知时间段内各方向上的接收信号进行信号处理，得到所述给定频点在各方向上的检测统计量，并将所述检测统计量与预设门限进行比较；

频谱可用性判决模块，用于根据所述给定频点在各方向上的检测统计量与预设门限的比较结果，对所述给定频点在各方向上能否被认知无线电系统所使用进行判决。

本发明实施例提供的基站设备，包括至少两个扇区天线，还包括：控制模块、信号检测模块和频谱可用性判决模块，所述信号检测模块的数量与扇区天线数量对应，其中：

控制模块，用于对所述信号检测模块进行配置；

信号检测模块，用于根据所述控制模块配置的给定频点，对感知时间段内本模块对应的扇区所接收的相应方向上的信号进行信号处理，得到所述给定频点在相应方向上的检测统计量，并将所述检测统计量与预设门限进行比较；

频谱可用性判决模块，用于根据所述给定频点在各方向上的检测统计量与预设门限的比较结果，对所述给定频点在各方向上能否被认知无线电系统所使用进行判决。

本发明的上述实施例中，获取多天线在各个方向上的接收信号，并对各方向上的接收信号进行信号处理，以得到给定频点的检测统计量，并与预设门限进行比较，从而得到感知频点的空域信息和频域信息，进而根据感知频点的空域信息和频域信息对该频点是否可被无线电感知系统所使用进行判决。与现有技术相比，可使频谱在空间上被灵活使用。

附图说明

图1为现有技术中的认知环示意图；

图2为现有技术中的频谱感知示意图；

图3为本发明实施例一提供的认知无线电系统的频谱感知流程示意图；

图4为本发明实施例中的阵列天线阵元接收信号加权合并示意图；

图5为本发明实施例中的频谱感知过程中多天线波束赋形示意图；

图6为本发明实施例中的阵列天线频谱感知判决示意图；

图7为本发明实施例中的多扇区天线信号接收示意图；

图8为本发明实施例二提供的认知无线电系统的频谱感知流程示意图；

图9为本发明实施例提供的基站设备的结构示意图之一；

图10为本发明实施例提供的基站设备的结构示意图之二。

具体实施方式

针对现有技术存在的问题，本发明实施例给出了采用多天线完成频谱感知的方案，通过本发明实施例，除了能获得认知无线电系统所处位置的可用频谱频率信息以外，还能获得可用频谱的空域信息。本发明实施例还能复用现有的蜂窝通信设备的天线单元，从而能降低成本。

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

实施例一

本实施例中，通过阵列天线依次扫描空间上不同角度是否存在授权系统信号，并根据各个角度的扫描及判决结果，得到最终的频域和空域频谱可用性判决结果。其中，阵列天线可以采用线阵、圆阵，天线阵元（天线单元）个数根据需求选择。

参见图3，为本发明实施例一提供的认知无线电系统的频谱感知流程示意图。该流程利用阵列天线采用智能天线技术，对信号进行波束赋形接收，在感知时间内扫描授权系统的给定频点（即感知频点）在不同空间上是否存在授权系统的信号，最终获得所处位置可用频谱的频率和空间信息。

通常，在进行认知无线电系统的频谱感知之前，首先需要进行一些初始配置，本发明实施例也不例外。本发明实施例中，除了进行常规的配置操作，比如配置感知起始时间和感知频点等参数以外，还进行空间划分，并设置各空间方向对应的阵列阵元加权系数。

具体的，将360°空间划分为M（M＞1）个方向，设置各个方向上的天线阵列各阵元的加权系数。比如，对于具有L个阵元的天线，方向i（0≤i≤M）上的天线阵列各阵元的加权系数表示为集合其中的每个元素代表对应阵元的加权系数。

优选的，可将空间进行等间隔的划分。M的取值可根据需要设定，比如若需要在比较细粒度方向上进行频谱可用性判决，则可将M设置为较大值。

对于在感知开始时间到感知结束时间所对应的时间段内（如无线帧1的第k个子帧），阵列天线的各阵元所接收到的信号，本发明实施例采用图3所示流程，扫描感知频点在不同空间上是否存在授权系统的信号，最终获得所处位置可用频谱的频率和空间信息。如图3所示，该流程可包括：

步骤301：感知节点（通常为基站设备）的阵列天线对信号进行赋形接收。即，对于M个方向中的方向i，使用方向i对应的阵元加权系数，对多天线阵列各阵元在感知时间段内的接收信号进行加权合并处理，得到相应方向上的接收信号。

具体的，假设阵列天线各个阵元的接收信号为x_l(t)（l＝1，...,L，L为阵元个数），使用方向i对应的加权系数集合对各个阵元的接收信号进行加权合并得到信号y⁽ⁱ⁾(t)：

$y^{\left(i\right)}\left(t\right)=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{w}_l^{\left(t\right)}{x}_l\left(t\right)................................................\left[1\right]$

通过使用方向i对应的加权系数集合，对阵列天线各阵元的接收信号进行加权合并处理，使阵列天线波束对准方向i，如图4所示。

步骤302：感知节点对信号进行检测处理。即，感知节点根据预先配置的感知频点，对方向i上的加权合并结果y⁽ⁱ⁾(t)进行信号处理，得到该频点在方向i上的检测统计量Λ⁽ⁱ⁾，并将检测统计量Λ⁽ⁱ⁾与预设门限进行比较，得到检测统计量Λ⁽ⁱ⁾的判决结果。

具体的，假设预先配置的感知频点为频点A，本步骤中根据频点A对y⁽ⁱ⁾(t)进行信号处理，得到频点A的检测统计量Λ⁽ⁱ⁾。

其中，信号处理过程可包括：下变频、滤波、采样，得到频点A的信号r⁽ⁱ⁾(n),n＝1,...,N，其中N为总的样本数，然后通过信号检测方法，得到频点A的检测统计量Λ⁽ⁱ⁾。其中信号检测方法包括但不限于：统计信号功率或检测特定的序列（如匹配滤波已知序列）。例如，可通过统计r⁽ⁱ⁾(n),n＝1,...,N的平均功率，得到检测统计量Λ⁽ⁱ⁾，统计方法为：

${\mathrm{\Λ}}^{\left(i\right)}=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|r^{\left(i\right)}\left(n\right)\right|}^2................................................\left[2\right]$

其中，|.|为取模操作。

然后，将检测统计量Λ⁽ⁱ⁾分别与预设两个门限γ₁和γ₂（γ₁＜γ₂）比较，得到检测统计量Λ⁽ⁱ⁾的判决结果：

其中，ζ为一个中间态。上述判决门限γ₁和γ₂可根据系统需求设定，比如若系统对抗干扰要求较高，则可以将判决门限γ₁和γ₂设置为较小值。

重复执行上述步骤301~302，如图5所示，通过每次使用不同方向的阵元加权系数对各阵元的接收信号进行加权合并处理，直到对M个方向中的各个方向，均判决得到D⁽ⁱ⁾（i＝1，...,M），即，扫描完成M个方向，最后针对频点A形成M个判决结果D⁽ⁱ⁾（i＝1，...,M）。

步骤303：感知节点联合感知频点的各方向上的判决结果，对该感知频点是否可被认知无线电系统使用进行判决。

具体的，若感知频点A的检测统计量判决结果D⁽ⁱ⁾（i＝1，...,M）中存在值为1的判决结果，则频点A在感知节点所处区域禁止被认知无线电系统使用；

若感知频点A的所有检测统计量判决结果D⁽ⁱ⁾（i＝1，...,M）的值均为0，则频点A在感知节点所处区域可以被认知无线电系统使用；

若感知频点A的检测统计量判决结果D⁽ⁱ⁾(i＝1，...,M）中存在值为中间态ζ的判决结果，则频点A在中间态对应的方向上，频点A被禁止使用。进一步的，若其中还存在D⁽ⁱ⁾的取值为0，则频点A在D⁽ⁱ⁾=0所对应的方向上可以被使用。

进一步的，为了减少系统间的干扰，当D⁽ⁱ⁾（i＝1，...,M）存在中间态ζ，则频点A在中间态对应的方向上，以及以该方向为基准顺时针或/和逆时针方向上向外扩展X°（X值可设置）的方向内，频点A被禁止使用。

图5示出了上述判决原则。

通过以上描述可以看出，本发明实施例针对阵列天线，采用波束赋形得到各个方向上的接收信号，并对各方向上的接收信号进行信号处理，以得到感知频点的检测统计量（检测统计量可在一定程度上表明信号功率或能量），并与预设门限进行比较，从而得到感知频点的空域信息和频域信息，进而根据感知频点的空域信息和频域信息对该频点是否可被无线电感知系统所使用进行判决。与现有技术相比，可使频谱在空间上被灵活使用。

实施例二

本实施例中，通过多扇区天线检测不同扇区天线朝向上是否存在授权系统信号，并根据各个扇区的判决结果，得到最终的频域和空域频谱可用性判决结果。

多扇区天线通常由多个扇区天线联合实现360°范围的信号覆盖。蜂窝通信系统一般采用多个扇区天线来实现对不同角度的覆盖，比如：TD-SCDMA（TimeDivision-Synchronous Code Division Multiple Access，时分同步码分多址）系统宏小区，一个基站采用3个120°的天线覆盖周围的区域。图7示出了一种具有3个扇区天线，可覆盖360°范围的多扇区天线的信号接收示意图。

参见图8，为本发明实施例二提供的认证无线电系统的频谱感知流程示意图。该流程利用多扇区天线接收给定频点在不同空间上是否存在授权系统的信号，最终获得所处位置可用频谱的频率和空间信息。

对于在感知开始时间到感知结束时间所对应的时间段内（如无线帧1的第k个子帧），感知节点的各扇区所接收到的信号，本发明实施例采用图8示流程，扫描感知频点在不同空间上是否存在授权系统的信号，最终获得所处位置可用频谱的频率和空间信息。如图8所示，该流程可包括：

步骤801：感知节点的各扇区对信号进行接收。

步骤802：感知节点对接收信号进行检测处理。即，感知节点根据预先配置的感知频点，对扇区i方向上的接收信号（如图7中扇区1的接收信号）y⁽ⁱ⁾(t)进行信号处理，得到该频点在扇区i方向上的检测统计量Λ⁽ⁱ⁾，并将检测统计量Λ⁽ⁱ⁾与预设门限进行比较，得到检测统计量Λ⁽ⁱ⁾的判决结果。

具体的，假设预先配置的感知频点为频点A，本步骤中根据频点A对y⁽ⁱ⁾(t)进行信号处理，得到频点A的检测统计量Λ⁽ⁱ⁾。其中，信号处理过程可包括：下变频、滤波、采样，得到频点A的信号r⁽ⁱ⁾(n),n＝1，...,N，其中N为总的样本数，然后通过信号检测方法，得到频点A的检测统计量Λ⁽ⁱ⁾。其中信号检测方法包括但不限于：统计信号功率或检测特定的序列。例如，可通过统计r⁽ⁱ⁾(n),n＝1，...，N的平均功率，得到检测统计量Λ⁽ⁱ⁾，其具体操作同实施例一中的检测统计过程。

然后，将检测统计量Λ⁽ⁱ⁾分别与预设两个门限γ₁和γ₂（γ₁＜γ₂）比较，得到检测统计量Λ⁽ⁱ⁾的判决结果：

其中，ζ为一个中间态。上述判决门限γ₁和γ₂可根据系统需求设定。

重复执行上述步骤801~802，直到对所有扇区，均判决得到D⁽ⁱ⁾(i＝1，...,M）。

步骤803：感知节点联合感知频点的各扇区方向上的判决结果，对该感知频点是否可被认知无线电系统使用进行判决。

具体的，若感知频点A的检测统计量判决结果D⁽ⁱ⁾（i＝1，...,M）中存在值为1的判决结果，则频点A在感知节点所处区域禁止被认知无线电系统使用；

若感知频点A的所有检测统计量判决结果D⁽ⁱ⁾（i＝1，...,M）的值均为0，则频点A在感知节点所处区域可以被认知无线电系统使用；

若感知频点A的检测统计量判决结果D⁽ⁱ⁾(i＝1，...,M）中存在值为中间态ζ的判决结果，则频点A在中间态对应的方向上，频点A被禁止使用（当然也可如实施例一所述的方式一样在该方向的基础上向外扩展一定角度，在扩展后的方向上频点A被禁用）。进一步的，若其中还存在D⁽ⁱ⁾的取值为0，则频点A在D⁽ⁱ⁾=0所对应的方向上可以被使用。

通过以上描述可以看出，本发明实施例针对多扇区天线，对各扇区方向上的接收信号进行信号处理，以得到感知频点的检测统计量（检测统计量可在一定程度上表明信号功率或能量），并与预设门限进行比较，从而得到感知频点的空域信息和频域信息，进而根据感知频点的空域信息和频域信息对该频点是否可被无线电感知系统所使用进行判决。与现有技术相比，可使频谱在空间上被灵活使用。

基于相同技术构思，本发明实施例还提供了一种基站设备，该基站设备为具有智能天线（如阵列天线）的基站设备，可采用前述实施例一的方式实现认知无线电系统的频谱感知。

如图9所示，该基站设备可包括具有多个阵元的阵列天线901。还可包括：控制模块902、阵列天线信号处理模块903、信号检测模块904和频谱可用性判决模块905，其中：

控制模块902，用于将阵列天线901的扫描空间划分为M个方向，M＞1，每个方向对应设置有一组阵列阵元加权系数，优选的，将所述阵列天线的扫描空间等间隔地划分为M个方向；以及，对阵列天线信号处理模块903和信号检测模块904进行配置，比如，将方向信息配置给阵列天线信号处理模块903，将给定频点（即感知频点）信息配置给信号检测模块904，还可进一步配置频谱可用性判决模块905是否输出判决结果；

阵列天线信号处理模块903，用于对于控制模块902配置的M个方向中的每个方向，使用相应方向对应的阵列加权系数，对阵列天线各阵元在感知时间段内的接收信号进行加权合并处理，得到相应方向上的信号；

信号检测模块904，用于根据控制模块902配置的给定频点，分别对感知时间段内各方向上的信号进行信号处理，得到所述给定频点在各方向上的检测统计量，并将所述检测统计量与预设门限进行比较；

频谱可用性判决模块905，用于根据所述给定频点在各方向上的检测统计量与预设门限的比较结果，对所述给定频点在各方向上能否被认知无线电系统所使用进行判决。

具体的，信号检测模块904可将所述检测统计量分别与预设的门限γ₁和γ₂（γ₁＜γ₂）比较。相应的，频谱可用性判决模块905具体用于：若所述给定频点各方向中，有至少一个方向上的检测统计量大于γ₂，则判决所述给定频点在所述阵列天线所处区域禁止被认知无线电系统使用；若所述给定频点在所有方向上的检测统计量均小于γ₁，则判决所述给定频点在所述阵列天线所处区域能够被认知无线电系统使用；若所述给定频点在所有方向上的检测统计量均不大于γ₂，且有检测统计量在[γ₁，γ₂]之间，则判决所述给定频点在以下方向上禁止被认知无线电系统使用：[γ₁，γ₂]区间的检测统计量所对应的方向，或者，[γ₁，γ₂]区间的检测统计量所对应的方向，以及以该方向为基准顺时针或/和逆时针向外扩展设定角度的方向。

进一步的，频谱可用性判决模块905还用于：若所述给定频点在M个方向中，所有方向上的检测统计量均不大于γ₂的情况下，除了有检测统计量在[γ₁，γ₂]之间以外，还有检测统计量小于γ₁，则判决所述给定频点在小于γ₁的检测统计量所对应的方向上能够被认知无线电系统使用。

具体的，信号检测模块904可根据给定频点，对多天线在感知时间段内相应方向上的信号进行下变频、滤波、采样，得到所述给定频点的信号r⁽ⁱ⁾(n),n＝1，...，Λ，其中N为总的样本数，然后通过统计信号功率或检测特定的序列，得到所述给定频点在相应方向上的检测统计量。

基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种基站设备，该基站设备具有多扇区天线，可采用前述实施例二的方式实现认知无线电系统的频谱感知。

如图10所示，该基站设备包括至少两个扇区天线1001，还包括控制模块1002、信号检测模块1003和频谱可用性判决模块1004，信号检测模块1004的数量与扇区天线数量对应，其中：

控制模块1002，用于对信号检测模块1003进行配置，如将给定频点（即感知频点）信息配置给信号检测模块1003；

信号检测模块1003，用于根据控制模块1002配置的给定频点，对感知时间段内本模块对应的扇区所接收的相应方向上的信号进行信号处理，得到所述给定频点在相应方向上的检测统计量，并将所述检测统计量与预设门限进行比较；

频谱可用性判决模块1004，用于根据所述给定频点在各方向上的检测统计量与预设门限的比较结果，对所述给定频点在各方向上能否被认知无线电系统所使用进行判决。

具体的，信号检测模块1003可将所述检测统计量分别与预设的γ₁和γ₂（γ₁＜γ₂）进行比较。相应的，频谱可用性判决模块1004具体用于：若所述给定频点各方向中，有至少一个方向上的检测统计量大于γ₂，则判决所述给定频点在所述至少两个扇区天线所处区域禁止被认知无线电系统使用；若所述给定频点在所有方向上的检测统计量均小于γ₁，则判决所述给定频点在所述至少两个扇区天线所处区域能够被认知无线电系统使用；若所述给定频点在所有方向上的检测统计量均不大于γ₂，且有检测统计量在[γ₁，γ₂]之间，则判决所述给定频点在[γ₁，γ₂]区间的检测统计量所对应的方向上禁止被认知无线电系统使用。

进一步的，频谱可用性判决模块1004还用于：若所述给定频点在各扇区方向中，所有扇区方向上的检测统计量均不大于γ₂的情况下，除了有检测统计量在[γ₁，γ₂]之间以外，还有检测统计量小于γ₁，则判决所述给定频点在小于γ₁的检测结果统计值所对应的扇区方向上能够被认知无线电系统使用。

具体的，信号检测模块1003可根据给定频点，对本模块对应的扇区在感知时间段内在相应方向上的接收信号进行下变频、滤波、采样，得到所述给定频点的信号r⁽ⁱ⁾(n),n＝1，...,N，其中N为总的样本数，然后通过统计信号功率或检测特定的序列，得到所述给定频点在相应方向上的检测统计量。

综上所述，本发明实施例除了获得认知无线电系统所处位置的可用频谱频率信息，还能获得可用频谱的空域信息，从而能为后续频谱使用提供更大的自由度。本发明实施例还能复用现有的蜂窝通信设备的天线单元，从而能降低成本。同时，本发明实施例提供的频谱感知技术采用多天线或者扇区天线，能获得比较高的天线增益，相对于采用全向天线的传统频谱感知方案，更容易检测到授权系统的存在，从而更好的保护授权系统。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台终端设备（可以是手机，个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种认知无线电系统的频谱感知方法，应用于采用多天线感知无线电系统频谱的过程，其特征在于，该方法包括：

获取感知时间段内所述多天线在各方向上的接收信号；

根据给定频点，分别对感知时间段内各方向上的接收信号进行信号处理，得到所述给定频点在各方向上的检测统计量，并将所述检测统计量与预设门限进行比较；

根据所述给定频点在各方向上的检测统计量与预设门限的比较结果，对所述给定频点在各方向上能否被认知无线电系统所使用进行判决；

其中，所述将所述检测统计量与预设门限进行比较，具体包括：

将所述检测统计量分别与预设的第一门限和第二门限进行比较，其中，第一门限小于第二门限；

其中，所述根据给定频点在各方向上的检测统计量与预设门限的比较结果，对所述给定频点在各方向上能否被认知无线电系统所使用进行判决，具体包括：

若所述给定频点各方向中，有至少一个方向上的检测统计量大于第二门限，则判决所述给定频点在所述多天线所处区域禁止被认知无线电系统使用；

若所述给定频点在所有方向上的检测统计量均小于第一门限，则判决所述给定频点在所述多天线所处区域能够被认知无线电系统使用；

若所述给定频点在所有方向上的检测统计量均不大于第二门限，且有检测结果量在[第一门限，第二门限]之间，则判决所述给定频点在以下方向上禁止被认知无线电系统使用：[第一门限，第二门限]区间的检测统计量所对应的方向，或者，[第一门限，第二门限]区间的检测统计量所对应的方向，以及以该方向为基准顺时针或/和逆时针向外扩展设定角度的方向。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述给定频点在M个方向中，所有方向上的检测统计量均不大于第二门限的情况下，除了有检测统计量在[第一门限，第二门限]之间以外，还有检测统计量小于第一门限，则判决所述给定频点在小于第一门限的检测统计量所对应的方向上能够被认知无线电系统使用。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据给定频点，对在感知时间段内相应方向上的接收信号进行信号处理，得到所述给定频点在相应方向上的检测统计量，具体包括：

根据给定频点，对在感知时间段内相应方向上的信号进行下变频、滤波、采样，得到所述给定频点的信号r⁽ⁱ⁾(n),n＝1,...,N，其中N为总的样本数，然后通过统计信号功率或检测特定的序列，得到所述给定频点在相应方向上的检测统计量。

4.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述多天线为多扇区天线；

所述获取感知时间段内所述多天线在各方向上的接收信号，具体为：获取多扇区天线中的各扇区在感知时间段内所接收到的相应扇区方向上的信号。

5.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述多天线为阵列天线，所述阵列天线的扫描空间被划分为M个方向，M＞1，每个方向对应设置有一组阵列阵元加权系数；

所述获取感知时间段内所述多天线在各方向上的接收信号，具体包括：

获取阵列天线的各阵元在感知时间段内接收到的信号；

对于M个方向中的每个方向，使用相应方向对应的阵列加权系数，对多天线阵列各阵元在感知时间段内的接收信号进行加权合并处理，得到相应方向上的接收信号。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述阵列天线的扫描空间被等间隔地划分为M个方向。

7.一种基站设备，包括阵列天线，其特征在于，还包括：控制模块、阵列天线信号处理模块、信号检测模块和频谱可用性判决模块，其中：

控制模块，用于将所述阵列天线的扫描空间划分为M个方向，M＞1，每个方向对应设置有一组阵列阵元加权系数；以及，对所述阵列天线信号处理模块和信号检测模块进行配置；

阵列天线信号处理模块，用于对于所述控制模块配置的M个方向中的每个方向，使用相应方向对应的阵列加权系数，对阵列天线各阵元在感知时间段内的接收信号进行加权合并处理，得到相应方向上的信号；

信号检测模块，用于根据所述控制模块配置的给定频点，分别对感知时间段内各方向上的接收信号进行信号处理，得到所述给定频点在各方向上的检测统计量，并将所述检测统计量与预设门限进行比较；

频谱可用性判决模块，用于根据所述给定频点在各方向上的检测统计量与预设门限的比较结果，对所述给定频点在各方向上能否被认知无线电系统所使用进行判决；

其中，所述信号检测模块具体用于，将所述检测统计量分别与预设的第一门限和第二门限进行比较，其中，第一门限小于第二门限；

所述频谱可用性判决模块具体用于，若所述给定频点各方向中，有至少一个方向上的检测统计量大于第二门限，则判决所述给定频点在所述阵列天线所处区域禁止被认知无线电系统使用；若所述给定频点在所有方向上的检测统计量均小于第一门限，则判决所述给定频点在所述阵列天线所处区域能够被认知无线电系统使用；若所述给定频点在所有方向上的检测统计量均不大于第二门限，且有检测统计量在[第一门限，第二门限]之间，则判决所述给定频点在以下方向上禁止被认知无线电系统使用：[第一门限，第二门限]区间的检测统计量所对应的方向，或者，[第一门限，第二门限]区间的检测统计量所对应的方向，以及以该方向为基准顺时针或/和逆时针向外扩展设定角度的方向。

8.如权利要求7所述的基站设备，其特征在于，频谱可用性判决模块还用于，若所述给定频点在M个方向中，所有方向上的检测统计量均不大于第二门限的情况下，除了有检测统计量在[第一门限，第二门限]之间以外，还有检测统计量小于第一门限，则判决所述给定频点在小于第一门限的检测统计量所对应的方向上能够被认知无线电系统使用。

9.如权利要求7所述的基站设备，其特征在于，所述信号检测模块具体用于，根据给定频点，对感知时间段内相应方向上的信号进行下变频、滤波、采样，得到所述给定频点的信号r⁽ⁱ⁾(n),n＝1,...,N，其中N为总的样本数，然后通过统计信号功率或检测特定的序列，得到所述给定频点在相应方向上的检测统计量。

10.如权利要求7所述的基站设备，其特征在于，所述控制模块具体用于，将所述阵列天线的扫描空间等间隔地划分为M个方向。

11.一种基站设备，包括至少两个扇区天线，其特征在于，还包括：控制模块、信号检测模块和频谱可用性判决模块，所述信号检测模块的数量与扇区天线数量对应，其中：

控制模块，用于对所述信号检测模块进行配置；

信号检测模块，用于根据所述控制模块配置的给定频点，对感知时间段内本模块对应的扇区所接收的相应方向上的信号进行信号处理，得到所述给定频点在相应方向上的检测统计量，并将所述检测统计量与预设门限进行比较；

频谱可用性判决模块，用于根据所述给定频点在各方向上的检测统计量与预设门限的比较结果，对所述给定频点在各方向上能否被认知无线电系统所使用进行判决；

其中，所述信号检测模块具体用于，将所述检测统计量分别与预设的第一门限和第二门限进行比较，其中，第一门限小于第二门限；

所述频谱可用性判决模块具体用于，若所述给定频点各方向中，有至少一个方向上的检测统计量大于第二门限，则判决所述给定频点在所述至少两个扇区天线所处区域禁止被认知无线电系统使用；若所述给定频点在所有方向上的检测统计量均小于第一门限，则判决所述给定频点在所述至少两个扇区天线所处区域能够被认知无线电系统使用；若所述给定频点在所有方向上的检测统计量均不大于第二门限，且有检测统计量在[第一门限，第二门限]之间，则判决所述给定频点在[第一门限，第二门限]区间的检测统计量所对应的方向上禁止被认知无线电系统使用。

12.如权利要求11所述的基站设备，其特征在于，所述频谱可用性判决模块还用于，若所述给定频点在各扇区方向中，所有扇区方向上的检测统计量均不大于第二门限的情况下，除了有检测统计量在[第一门限，第二门限]之间以外，还有检测统计量小于第一门限，则判决所述给定频点在小于第一门限的检测结果统计值所对应的扇区方向上能够被认知无线电系统使用。

13.如权利要求11所述的基站设备，其特征在于，所述信号检测模块具体用于，根据给定频点，对本模块对应的扇区在感知时间段内在相应方向上的接收信号进行下变频、滤波、采样，得到所述给定频点的信号r⁽ⁱ⁾(n),n＝1,...,N，其中N为总的样本数，然后通过统计信号功率或检测特定的序列，得到所述给定频点在相应方向上的检测统计量。