CN103702335A - 一种认知无线电系统中的频谱感知方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种认知无线电系统中的频谱感知方法和系统，该方法包括：认知无线电CR系统获取基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息；所述CR系统利用所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息、以及待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间的相关性信息，确定所述待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息；所述CR系统利用所述待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息计算所述待感知目标频谱上的频谱感知参数，并利用所述待感知目标频谱上的频谱感知参数执行频谱感知过程。本发明实施例中，可以明显降低接收信号窗长与滑动相关次数，明显降低频谱感知的复杂度，并提高了频谱感知的检测性能。

Description

一种认知无线电系统中的频谱感知方法和系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其是涉及了一种认知无线电系统中的频谱感知方法和系统。 

背景技术

无线电通信频谱是一种宝贵的自然资源，随着无线通信技术的飞快发展，频谱资源贫乏的问题日益严重，为了缓解频谱资源紧张的现状，当前对无线通信频谱进行了监测和研究，发现某些频段（如电视频段）在大多数时间内并未使用或者在大多数地域内并未使用，而某些频段则出现了多系统多用户同时竞争的情况，即频谱资源的使用存在不均衡的现象。 

在这种背景下提出了CR（Cognitive Radio，认知无线电）的概念，认知无线电的基本思想是：在不对授权主系统造成干扰的前提下，认知无线电系统可以通过监测当前无线环境的变化来动态机会式地接入空白频段进行通信。进一步的，当认知无线电系统机会式接入授权主系统的空白频谱时，其前提是保护授权主系统的业务不受到认知无线电系统的有害干扰，这就要求：认知无线电系统能够准确判断出授权主系统频段的空白频谱，以及，认知无线电系统发现授权主系统在当前使用的空白频谱（源工作频点）上重新出现时，能够及时退出当前使用的空白频谱。 

为了实现上述过程，认知无线电系统需要具备频谱感知能力，所谓频谱感知是指：通过检测目标频谱上授权主系统的信号判断授权主系统是否占用目标频谱，即判断目标频谱占用或者空闲；且频谱感知的主要方法包括能量检测频谱感知和基于信号特征的频谱感知。 

在能量检测频谱感知的方式中，直接对目标频谱上的接收信号求平均能 量，并通过判断其能量是否超过某一门限，来确定目标频谱是否被授权主系统占用；能量检测频谱感知的优点是方法简单，其缺点是算法的灵敏度较低，在信噪比较低时，检测性能不佳。 

在基于信号特征的频谱感知方式中，其可进一步包括匹配滤波检测与自相关检测，上述方式分别利用接收信号与已知序列之间的相关性或接收信号之间的相关性进行检测，并可以达到较高的灵敏度，在较低的信道比时，仍能取得较高的检测性能。但是，基于信号特征的频谱感知方式中，由于待感知的授权主系统与认知无线电系统之间未同步，为了保证可以检测到授权主系统的信号特征，认知无线电系统需要保证特征信号落在接收窗口内，因此需要接收较长的信号序列，并对接收窗口内的信号序列进行逐符号的滑动相关求和，从而导致非常高的复杂度，并会降低算法的灵敏度，降低检测性能。 

以授权主系统为DTMB（Digital Television Multimedia Broadcasting，数字电视多媒体广播）系统举例说明如下：如图1所示，为DTMB帧结构的示意图，假设DTMB采用固定的帧头模式一（帧体长度N=420），且每帧的帧头固定（假设称之为PN420序列），帧体长度M=3780。基于此： 

如果采用匹配滤波检测算法，当认知无线电系统与DTMB系统不同步时，为了保证接收信号中一定包含一个帧头特征信号，则接收信号窗长必须大于等于（帧头长度N+帧体长度M），认知无线电系统在接收信号窗口内依次滑动相关所使用接收信号的起始位置，将该数据与本地序列相关求和，在滑动的相关结果中选择最大的相关结果作为检测统计量，将检测统计量与某一门限比较，根据比较结果判决授权主系统是否在目标频谱上发射，如下式所示： 

$r\left(m\right)=\mathrm{abs}\left\{\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x(m+n)s_{\mathrm{PN}}^{*}\left(n\right)\right\},n=\mathrm{0,1,2},...M-1$

$T=\underset{m}{\max }\left[r\left(m\right)\right].$

如果采用自相关检测算法，当认知无线电系统与DTMB系统不同步时，为保证接收信号中包含两个帧头特征信号，接收信号窗长大于等于2×（帧头长 度N+帧体长度M），认知无线电系统在接收信号窗口内依次滑动相关所使用接收信号的起始位置，将数据与延迟一个帧长后的接收信号自相关求和，在滑动的自相关结果中选择最大自相关结果作为检测统计量，将检测统计量与门限比较，根据比较结果判决授权主系统是否在目标频谱上发射，如下式所示： 

$r\left(m\right)=\mathrm{abs}\left(\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x(m+n)x^{*}(m+n+M+N)\right),m=\mathrm{0,1,2},...M-1$

$T=\underset{m}{\max }\left[r\left(m\right)\right].$

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题： 

现有的基于信号特征的频谱感知方式中，由于认知无线电系统与授权主系统未同步，为了保证可接收到授权主系统的特征信号，则认知无线电系统接收信号窗远大于特征信号长度，且需要在整个接收信号窗口内依次滑动相关求和，然后对序列求其最大值，复杂度非常高，降低了检测性能。 

发明内容

本发明实施例提供一种认知无线电系统中的频谱感知方法和系统，以提高频谱感知的检测性能。 

为了达到上述目的，本发明实施例提供一种认知无线电系统中的频谱感知方法，包括： 

认知无线电CR系统获取基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息； 

所述CR系统利用所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息、以及待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间的相关性信息，确定所述待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息； 

所述CR系统利用所述待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息计算所述待感知目标频谱上的频谱感知参数，并利用所述待感知目标频谱上的频谱感知参数执行频谱感知过程。 

本发明实施例提供一种认知无线电CR系统，包括： 

第一同步信息获取单元，用于获取基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息； 

第二同步信息获取单元，用于利用所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息、以及待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间的相关性信息，确定所述待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息； 

频谱感知参数计算单元，用于利用所述待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息计算所述待感知目标频谱上的频谱感知参数； 

频谱感知执行单元，用于利用所述待感知目标频谱上的频谱感知参数执行频谱感知过程。 

与现有技术相比，本发明实施例至少具有以下优点：本发明实施例中，通过获得待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息，并利用待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息计算频谱感知参数，利用频谱感知参数执行频谱感知过程，从而可以明显降低接收信号窗长与滑动相关次数，明显降低频谱感知的复杂度，并提高了频谱感知的检测性能。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1是现有技术中DTMB帧结构的示意图； 

图2是本发明实施例一提供的一种认知无线电系统中的频谱感知方法流程示意图； 

图3是本发明实施例二提供的一种认知无线电系统的结构示意图。 

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 

实施例一 

本发明实施例一提供一种认知无线电系统（CR系统）中的频谱感知方法，该方法可以应用于采用认知无线电技术的LTE（Long Term Evolution，长期演进）系统、TD-SCDMA（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，时分同步码分多址）系统、GSM（Global System of Mobile communication，全球移动通讯）系统、WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址）系统、CDMA-2000（Code Division Multiple Access-2000，宽带码分多址2000）系统与WLAN（Wireless Local Area Networks，无线局域网）等移动通信系统。如图2所示，该方法包括以下步骤： 

步骤201，CR系统获取基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息；其中，该授权系统特征信号的同步信息包括但不限于：授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置信息；因此，该基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息具体可以为：基准目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置信息。 

本步骤中，CR系统可以通过信号检测等方式获取至少一个目标频谱上授权系统特征信号的同步信息；具体的，由于目标频谱的使用状态是动态的（即目标频谱可能被授权系统占用或者空闲），当目标频谱被授权系统占用时，则目标频谱上存在授权系统特征信号，此时CR系统能够通过信号检测等方式获取到该目标频谱上授权系统特征信号的同步信息。 

需要说明的是，在获取到多个目标频谱上授权系统特征信号的同步信息 之后，CR系统需要从中选择一个目标频谱作为基准目标频谱，具体的选择方式将在后续步骤中进行说明；基于此选择的基准目标频谱，CR系统能够获取到该基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息。 

步骤202，CR系统利用基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息、以及待感知目标频谱与基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间的相关性信息，确定待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息；其中，该待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息具体可以为：待感知目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置信息。 

具体的，CR系统确定待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息的过程包括：CR系统判断待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息与基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间是否存在相关性；如果存在相关性，则CR系统利用基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息、以及待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息与基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间的相关性信息，确定待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息；如果不存在相关性，则CR系统采用现有的基于信号特征的频谱感知方式进行处理，具体处理方式在此不再详加赘述。 

本步骤中，该待感知目标频谱可以是步骤201中已经获得同步信息的多个目标频谱中的一个，但不是基准目标频谱；该待感知目标频谱也可以不是步骤201中已经获得同步信息的多个目标频谱中的任意一个。 

本发明实施例中，如果CR系统获取到多个目标频谱上授权系统特征信号的同步信息，则在本步骤中，CR系统依次判断待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息与多个目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间是否存在相关性，一直到找到一个目标频谱，该目标频谱上授权系统特征信号的同步信息与待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间存在相关性，则该目标频谱为基准目标频谱；如果多个目标频谱上授权系统特征信号 的同步信息与待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间均不存在相关性，则CR系统采用现有的基于信号特征的频谱感知方式进行处理。 

本发明实施例中，CR系统判断待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息与基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间是否存在相关性的过程，具体包括但不限于如下方式： 

方式一、CR系统判断基准目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置与待感知目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间是否存在相关性。 

具体的，在基准目标频谱上授权系统特征信号与待感知目标频谱上授权系统特征信号的周期相同（即针对基准目标频谱上授权系统特征信号与待感知目标频谱上授权系统特征信号周期T_Cycle相同的应用场景）时； 

当基准目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置与待感知目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间的间隔 

位于区间[a，b]内的概率大于预设概率门限时，CR系统确定基准目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置与待感知目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间存在相关性，且间隔 

的取值范围为区间[a,b]；否则，CR系统确定基准目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置与待感知目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间不存在相关性。 

需要注意的是，对于上述的区间[a,b]，a可以等于b，此时表征的含义是间隔 

为某个固定值a＝b的概率大于预设概率门限；此外，a与b可以均为0，此时表征的含义是间隔 

为0，即基准目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置与待感知目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置重合的概率大于一定门限。 

在上述处理过程中，CR系统可以采用数学统计等方法计算基准目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置与待感知目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间的间隔 

落在某个区间[a,b]内的概率，相关算法在此不再赘述。 

方式二、CR系统利用基准目标频谱上授权系统发射机的先验信息和待感知目标频谱上授权系统发射机的先验信息判断待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息与基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间是否存在相关性。其中，该授权系统发射机的先验信息包括但不限于：授权系统发射机的ID（标识）和授权系统发射机在目标频谱上的部署发射参考时间等，且该授权系统发射机的部署发射参考时间具体可以为授权系统发射机的帧起始位置的参考时间信息，针对DTMB系统，可以为日帧复位的参考时间。 

具体的，在基准目标频谱上授权系统特征信号与待感知目标频谱上授权系统特征信号的周期相同（即针对基准目标频谱上授权系统特征信号与待感知目标频谱上授权系统特征信号周期T_Cycle相同的应用场景）时； 

当基准目标频谱的授权系统发射机的ID与待感知目标频谱的授权系统发射机的ID相同，且基准目标频谱的授权系统发射机的部署发射参考时间与待感知目标频谱的授权系统发射机的部署发射参考时间相同时，CR系统确定待感知目标频谱与基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间存在相关性；且基准目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置与待感知目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间的间隔 为固定值，且 

当基准目标频谱的授权系统发射机的ID与待感知目标频谱的授权系统发射机的ID相同，且基准目标频谱的授权系统发射机的部署发射参考时间与待感知目标频谱的授权系统发射机的部署发射参考时间相差ΔT_ref时，CR系统确定待感知目标频谱与基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间存在 相关性；且基准目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置与待感知目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间的间隔 

为固定值， 

其中，该T_Cycle为授权系统特征信号的周期； 

当基准目标频谱的授权系统发射机的ID与待感知目标频谱的授权系统发射机的ID不同时，CR系统确定待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息与基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间不存在相关性。 

本发明实施例中，该授权系统发射机的先验信息的获得方式，具体包括但不限于如下方式：CR系统通过接收授权系统通知的先验信息获得授权系统发射机的先验信息；或者，CR系统通过访问存储有先验信息的数据库获得授权系统发射机的先验信息；或者，CR系统通过接收其他CR系统通知的先验信息获得授权系统发射机的先验信息；或者，CR系统从自身预存的先验信息中获得授权系统发射机的先验信息。 

本发明实施例中，上述待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息与基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间的相关性信息，包括但不限于：基准目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置与待感知目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间的间隔 

基于间隔 

CR系统利用基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息、以及待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息与基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间的相关性信息，确定待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息，包括但不限于：CR系统确定待感知目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置T_M为： 

T_N为基准目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置， 

可以为固定值或者取值范围为区间[a,b]， 且取值为固定值的场景可认为是取值范围为区间[a,b]的特例，此时a＝b。 

需要注意的是，基于不同的i的取值，CR系统可以得到不同周期下待感知目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置，且在后续周期中，CR系统只需要知道基准目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置即可。 

步骤203，CR系统利用待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息计算待感知目标频谱上的频谱感知参数，并利用该待感知目标频谱上的频谱感知参数执行频谱感知过程；其中，该频谱感知参数可以包括但不限于：频谱感知的接收信号窗口的起始位置和长度、滑动相关次数。 

本发明实施例中，针对一次感知检测过程，CR系统利用待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息计算频谱感知参数的过程，包括但不限于： 

针对匹配滤波检测的频谱感知方式，CR系统确定接收信号窗口的位置为[T_N+a+i×T_Cycle,_TN+b+T_Length+i×T_Cycle]，且起始位置为T_N+a+i×T_Cycle，长度为T_Length+b-a，且滑动相关次数 

T_Sample为CR系统时间采样间隔，后续步骤中将该接收窗口内的信号与本地序列滑动相关，并处理相关序列。 

针对自相关检测的频谱感知方式，CR系统确定2个接收信号窗口的位置为[T_N+a+i×T_Cycle,T_N+b+T_Length+i×T_Cycle]、[T_N+a+j×T_Cycle,T_N+b+T_Length+j×T_Cycle],j≠i，起始位置分别为T_N+a+i×T_Cycle与T_N+a+j×T_Cycle，长度为T_Length+b-a，且滑动相关次数 

T_Sample为CR系统时间采样间隔，后续步骤中将该2个接收窗口内的信号进行滑动相关，并处理相关序列。 

在上述过程中，待感知目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置T_M为： 

T_N为基准目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置； 

为基准 目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置与待感知目标频谱上授权系统特征信号到达CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间的间隔，且 

取值范围为区间[a，b]；T_Cycle为授权系统特征信号的周期；T_Length为待感知目标频谱上授权系统特征信号长度。 

本发明实施例中，CR系统利用待感知目标频谱上的频谱感知参数执行频谱感知过程，包括但不限于：CR系统基于接收信号窗口起始位置、长度与滑动相关次数等频谱感知参数，在待感知目标频谱上接收特征信号，得到滑动相关结果，进而计算检测统计量，并将检测统计量与某一判决门限比较，最终得到频谱感知结果，即目标频谱被授权主系统占用或者空闲。 

针对匹配滤波检测，假设接收窗口内的信号序列为[x₀,x₁,… ,x_N-1+L-1]，本地序列为[s₀，s₁，…,s_N-1]，其中 为授权主系统特征信号的样本数目，L为滑动相关次数，则一种匹配滤波检测统计量的计算方式如下所示： 

$r\left(m\right)=\mathrm{abs}\left\{\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x(m+n)s_{\mathrm{PN}}^{*}\left(n\right)\right\},n=\mathrm{0,1,2},...L-1.$

$T=\underset{m}{\max }\left[r\left(m\right)\right]$

针对自相关检测，假设2个接收窗口内的信号序列分别为[x₀,x₁,…,x_N-1+L-1]，[y₀，y₁，…,y_N-1+L-1]，其中 

为授权主系统特征信号的样本数目，L为滑动相关次数，则一种自相关检测统计量的计算方式如下所示： 

$r\left(m\right)=\mathrm{abs}\left\{\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x(m+n)y_{\mathrm{PN}}^{*}(m+n)\right\},m=\mathrm{0,1,2}m...,L-1.$

$T=\underset{m}{\max }\left[r\left(m\right)\right]$

实施例二 

基于与上述方法同样的发明构思，本发明实施例中还提供了一种认知无线电CR系统，如图3所示，该CR系统包括： 

第一同步信息获取单元11，用于获取基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息； 

第二同步信息获取单元12，用于利用所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息、以及待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间的相关性信息，确定所述待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息； 

频谱感知参数计算单元13，用于利用所述待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息计算所述待感知目标频谱上的频谱感知参数； 

频谱感知执行单元14，用于利用所述待感知目标频谱上的频谱感知参数执行频谱感知过程。 

本发明实施例中，该CR系统还包括：同步信息相关性判断单元15，用于判断所述待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间是否存在相关性； 

所述第二同步信息获取单元12，具体用于当存在相关性时，利用所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息、以及所述待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间的相关性信息，确定所述待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息。 

本发明实施例中，所述授权系统特征信号的同步信息包括：授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置信息；所述同步信息相关性判断单元15，具体用于判断所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间是否存在相关性；或者，利用所述基准目标频谱上授权系统发射机的先验信息和待感知目标频谱上授权系统发射机的先验信息判断所述待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间是否存在相关性。 

在基准目标频谱上授权系统特征信号与所述待感知目标频谱上授权系统特征信号的周期相同时；所述同步信息相关性判断单元15，进一步用于当所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与所述待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间的间隔 

位于区间[a,b]内的概率大于预设概率门限时，确定所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间存在相关性，且间隔 的取值范围为区间[a,b]；否则，确定所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间不存在相关性。 

本发明实施例中，所述授权系统发射机的先验信息包括：所述授权系统发射机的标识ID，以及所述授权系统发射机的部署发射参考时间；在所述基准目标频谱上授权系统特征信号与所述待感知目标频谱上授权系统特征信号的周期相同时；所述同步信息相关性判断单元15，进一步用于当所述基准目标频谱的授权系统发射机的ID与所述待感知目标频谱的授权系统发射机的ID相同，且所述基准目标频谱的授权系统发射机的部署发射参考时间与所述待感知目标频谱的授权系统发射机的部署发射参考时间相同时，确定所述待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间存在相关性；且所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与所述待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间的间隔 

为固定值，且 

当所述基准目标频谱的授权系统发射机的ID与所述待感知目标频谱的授权系统发射机的ID相同，且所述基准目标频谱的授权系统发射机的部署发射参考时间与所述待感知目标频谱的授权系统发射机的部署发射参考时间相差 ΔT_ref时，确定所述待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间存在相关性；且所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与所述待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间的间隔 

为固定值， 

T_Cycle为授权系统特征信号的周期； 

当所述基准目标频谱的授权系统发射机的ID与所述待感知目标频谱的授权系统发射机的ID不同时，确定所述待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间不存在相关性。 

本发明实施例中，所述同步信息相关性判断单元15，进一步用于通过如下方式获得所述授权系统发射机的先验信息；通过接收授权系统通知的先验信息获得所述授权系统发射机的先验信息；或者，通过访问存储有先验信息的数据库获得所述授权系统发射机的先验信息；或者，通过接收其他CR系统通知的先验信息获得所述授权系统发射机的先验信息；或者，从本系统预存的先验信息中获得所述授权系统发射机的先验信息。 

本发明实施例中，所述待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间的相关性信息包括：所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与所述待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间的间隔 

所述第二同步信息获取单元12，具体用于确定所述待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置T_M为： 

其中，T_N为所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置，且T_Cycle为授权系统特征信号的周期。 

本发明实施例中，所述频谱感知参数包括：频谱感知的接收信号窗口的起始位置和长度、滑动相关次数；所述频谱感知参数计算单元13，具体用于 针对匹配滤波检测的频谱感知方式，确定接收信号窗口的位置为[T_N+a+i×T_Cycle，T_N+b+T_Length+i×T，且起始位置为T_N+a+i×T_Cycle，长度为T_Length+b-a，且滑动相关次数

针对自相关检测的频谱感知方式，确定2个接收信号窗口的位置为[T_N+a+i×T_Cycle,T_N+b+T_Length+i×T_Cycle]、[T_N+a+j×T_Cycle,T_N+b+T_Length+j×T_Cycle],j≠i，起始位置分别为T_N+a+i×T_Cycle与T_N+a+j×T_Cycle，长度为T_Length+b-a，且滑动相关次数 

其中： 

所述待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置T_M为： 

T_N为所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置； 

为所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与所述待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间的间隔，且 

取值范围为区间[a，b]；T_Cycle为授权系统特征信号的周期；T_Length为所述待感知目标频谱上授权系统特征信号长度；T_Sample为所述CR系统时间采样间隔。 

其中，本发明装置的各个模块可以集成于一体，也可以分离部署。上述模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。 

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计算机设备（可以是个人计算机，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。 

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。 

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。 

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。 

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。 

Claims (16)

1.一种认知无线电系统中的频谱感知方法，其特征在于，包括：

认知无线电CR系统获取基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息；

所述CR系统利用所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息、以及待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间的相关性信息，确定所述待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息；

所述CR系统利用所述待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息计算所述待感知目标频谱上的频谱感知参数，并利用所述待感知目标频谱上的频谱感知参数执行频谱感知过程。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CR系统确定所述待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息的过程，包括：

所述CR系统判断所述待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间是否存在相关性；如果存在相关性，则所述CR系统利用所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息、以及所述待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间的相关性信息，确定所述待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，授权系统特征信号的同步信息包括：授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置信息；所述CR系统判断所述待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间是否存在相关性的过程，包括：

所述CR系统判断所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间是否存在相关性；或者，

所述CR系统利用所述基准目标频谱上授权系统发射机的先验信息和待感知目标频谱上授权系统发射机的先验信息判断所述待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间是否存在相关性。 

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述基准目标频谱上授权系统特征信号与所述待感知目标频谱上授权系统特征信号的周期相同时；

所述CR系统判断所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间是否存在相关性，包括：

当所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与所述待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间的间隔 

位于区间[a,b]内的概率大于预设概率门限时，所述CR系统确定所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间存在相关性，且间隔 

的取值范围为区间[a,b]；否则，所述CR系统确定所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间不存在相关性。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述授权系统发射机的先验信息包括：所述授权系统发射机的标识ID，以及所述授权系统发射机的部署发射参考时间；在所述基准目标频谱上授权系统特征信号与所述待感知目标频谱上授权系统特征信号的周期相同时；

所述CR系统利用所述基准目标频谱上授权系统发射机的先验信息和待感知目标频谱上授权系统发射机的先验信息判断所述待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间是否存在相关性，包括：

当所述基准目标频谱的授权系统发射机的ID与所述待感知目标频谱的授权系统发射机的ID相同，且所述基准目标频谱的授权系统发射机的部署发射参考时间与所述待感知目标频谱的授权系统发射机的部署发射参考时间相同 时，所述CR系统确定所述待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间存在相关性；且所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与所述待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间的间隔 

为固定值，且 

当所述基准目标频谱的授权系统发射机的ID与所述待感知目标频谱的授权系统发射机的ID相同，且所述基准目标频谱的授权系统发射机的部署发射参考时间与所述待感知目标频谱的授权系统发射机的部署发射参考时间相差ΔT_ref时，所述CR系统确定所述待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间存在相关性；且所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与所述待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间的间隔 

为固定值， 

T_Cycle为授权系统特征信号的周期；

当所述基准目标频谱的授权系统发射机的ID与所述待感知目标频谱的授权系统发射机的ID不同时，所述CR系统确定所述待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间不存在相关性。

6.如权利要求3或5所述的方法，其特征在于，所述授权系统发射机的先验信息的获得方式，包括：

所述CR系统通过接收授权系统通知的先验信息获得所述授权系统发射机的先验信息；或者，所述CR系统通过访问存储有先验信息的数据库获得所述授权系统发射机的先验信息；或者，所述CR系统通过接收其他CR系统通知的先验信息获得所述授权系统发射机的先验信息；或者，所述CR系统从自身预存的先验信息中获得所述授权系统发射机的先验信息。

7.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间的相关性信息包括： 所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与所述待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间的间隔 

所述CR系统利用所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息、以及待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间的相关性信息，确定所述待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息，包括：

所述CR系统确定所述待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置T_M为： 其中，T_N为所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置，且T_Cycle为授权系统特征信号的周期。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述频谱感知参数包括：频谱感知的接收信号窗口的起始位置和长度、滑动相关次数； 

所述CR系统利用所述待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息计算所述待感知目标频谱上的频谱感知参数，包括： 

针对匹配滤波检测的频谱感知方式，所述CR系统确定接收信号窗口的位置为[T_N+a+i×T_Cyclc，T_N+b+T_Length+i×T_C]，且起始位置为T_N+a+i×T_Cycle，长度为T_Length+b-a，且滑动相关次数 

针对自相关检测的频谱感知方式，所述CR系统确定2个接收信号窗口的位置为[T_N+a+i×T_Cycle，T_N+b+T_Length+i×T_Cycle]、[T_N+a+j×T_Cycle，T_N+b+T_Length+j×T_Cycle]，j≠i，起始位置分别为T_N+a+i×T_Cycle与T_N+a+j×T_Cycle，长度为T_Length+b-a，且滑动相关次数

其中： 

所述待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置T_M为：

；T_N为所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置；

为所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与所述待感知目 标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间的间隔，且

取值范围为区间[a，b]；T_Cycle为授权系统特征信号的周期；T_Length为所述待感知目标频谱上授权系统特征信号长度；T_Sanple为所述CR系统时间采样间隔。 

9.一种认知无线电CR系统，其特征在于，包括：

第一同步信息获取单元，用于获取基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息；

第二同步信息获取单元，用于利用所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息、以及待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间的相关性信息，确定所述待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息；

频谱感知参数计算单元，用于利用所述待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息计算所述待感知目标频谱上的频谱感知参数；

频谱感知执行单元，用于利用所述待感知目标频谱上的频谱感知参数执行频谱感知过程。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括：

同步信息相关性判断单元，用于判断所述待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间是否存在相关性；

所述第二同步信息获取单元，具体用于当存在相关性时，利用所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息、以及所述待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间的相关性信息，确定所述待感知目标频谱上授权系统特征信号的同步信息。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述授权系统特征信号的 同步信息包括：授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置信息；

所述同步信息相关性判断单元，具体用于判断所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间是否存在相关性；或者，

利用所述基准目标频谱上授权系统发射机的先验信息和待感知目标频谱上授权系统发射机的先验信息判断所述待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间是否存在相关性。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，在所述基准目标频谱上授权系统特征信号与所述待感知目标频谱上授权系统特征信号的周期相同时；

所述同步信息相关性判断单元，进一步用于当所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与所述待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间的间隔 

位于区间[a,b]内的概率大于预设概率门限时，确定所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间存在相关性，且间隔 

的取值范围为区间[a,b]；否则，确定所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间不存在相关性。

13.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述授权系统发射机的先验信息包括：所述授权系统发射机的标识ID，以及所述授权系统发射机的部署发射参考时间；在所述基准目标频谱上授权系统特征信号与所述待感知目标频谱上授权系统特征信号的周期相同时； 

所述同步信息相关性判断单元，进一步用于当所述基准目标频谱的授权系统发射机的ID与所述待感知目标频谱的授权系统发射机的ID相同，且所述基准目标频谱的授权系统发射机的部署发射参考时间与所述待感知目标频谱的授权系统发射机的部署发射参考时间相同时，确定所述待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间存在相关性；且所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与所述待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间的间隔 

为固定值，且 

当所述基准目标频谱的授权系统发射机的ID与所述待感知目标频谱的授权系统发射机的ID相同，且所述基准目标频谱的授权系统发射机的部署发射参考时间与所述待感知目标频谱的授权系统发射机的部署发射参考时间相差ΔT_ref时，确定所述待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间存在相关性；且所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与所述待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间的间隔 

为固定值， 

T_Cycle为授权系统特征信号的周期；

当所述基准目标频谱的授权系统发射机的ID与所述待感知目标频谱的授权系统发射机的ID不同时，确定所述待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间不存在相关性。

14.如权利要求11或13所述的系统，其特征在于，

所述同步信息相关性判断单元，进一步用于通过如下方式获得所述授权系统发射机的先验信息；通过接收授权系统通知的先验信息获得所述授权系统发射机的先验信息；或者，通过访问存储有先验信息的数据库获得所述授权系统发射机的先验信息；或者，通过接收其他CR系统通知的先验信息获得所述授权系统发射机的先验信息；或者，从本系统预存的先验信息中获得所 述授权系统发射机的先验信息。

15.如权利要求12或13所述的系统，其特征在于，所述待感知目标频谱与所述基准目标频谱上授权系统特征信号的同步信息之间的相关性信息包括：所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与所述待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间的间隔 

所述第二同步信息获取单元，具体用于确定所述待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置T_M为： 

其中，T_N为所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置，且T_Cycle为授权系统特征信号的周期。

16.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述频谱感知参数包括：频谱感知的接收信号窗口的起始位置和长度、滑动相关次数；

所述频谱感知参数计算单元，具体用于针对匹配滤波检测的频谱感知方式，确定接收信号窗口的位置为[T_N+a+i×T_Cycle,T_N+b+T_Lngth+i×T_Cycle]，且起始位置为T_N+a+i×T_Cycle，长度为T_Length+b-a，且滑动相关次数 

针对自相关检测的频谱感知方式，确定2个接收信号窗口的位置为[T_N+a+i×T_Cycle,T_N+b+T_Length+i×T_Cycle]、[T_N+a+j×T_Cycle,T_N+b+T_Length+j×T_Cycle],j≠i，起始位置分别为T_N+a+i×T_Cycle与T_N+a+j×T_Cycle，长度为T_Length+b-a，且滑动相关次数 

其中：

所述待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置T_M为： 

T_N为所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置； 

为 所述基准目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置与所述待感知目标频谱上授权系统特征信号到达所述CR系统所在地理位置处的起始时间位置之间的间隔，且 

取值范围为区间[a，b]；T_Cycle为授权系统特征信号的周期；T_Length为所述待感知目标频谱上授权系统特征信号长度；T_Sample为所述CR系统时间采样间隔。 

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