CN106559153B - 获取非授权频谱的方法、终端和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种获取非授权频谱的方法、终端和系统，其中，获取非授权频谱的方法包括：通过终端的当前位置信息获取当前位置的空白电视频谱的可用信道信息，其中，信道信息包括可用信道的最大传输功率w_n；并对空白电视频谱进行压缩感知采样，得到压缩信号x；通过预设重构算法对压缩信号x进行信号重构得到空白电视频谱的重构信号

通过有效结合频谱地理位置数据库和频谱感知技术，提高了对空白电视频谱检测的正确率，降低了空白电视频频谱检测的复杂度，同时，降低了对终端性能的需求和终端成本。

Description

获取非授权频谱的方法、终端和系统

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种获取非授权频谱的方法、终端和系统。

背景技术

LTE-U就是利用未授权频谱的LTE技术，目的是以大量未授权频谱辅助数量有限的LTE授权频带，藉此大幅增加可用频宽。由于较低频段可实现最佳的覆盖和楼内穿透性，电视空白频段(White Space)频谱(中国：470-806MHz)，被认为适合用在LTE-U与授权LTE频谱统合以形成一个频宽更高的大型基地台LTE-U网路。美国联邦通讯委员会(FCC)、英国通信管理局(OFCOM)以及欧洲邮政电信管理会，都已经制订了相应的运营规则允许认知用户在不对主用户产生干扰的前提下介入到空白电视频段中使用频谱资源，并针对电视空白频道进行大规模测试。根据空白频谱联盟(WhiteSpace Alliance)表示，5G可能会用到认知无线电(Cognitive Radio)、频谱分享、频谱占用情况感测，以及电视空白频谱等技术。目前国内外主要采用以下两种方式来检测空白电视频谱，即：地理位置与数据库结合和频谱感知技术。

发明人在实现本发明的的过程中发现，目前获取空白电视频谱存在以下问题：

通过地理位置与数据库结合的方式获取空白电视频谱时，对于室内用户或者是遮蔽严重的场景来说，定位装置不一定能够满足交互所需的精度要求，无法准确获得空白电视频谱；而通过频谱感知技术获取空白电视频谱时，频谱感知技术计算复杂度高，对终端设备更要求高。

发明内容

本发明的目的是提出一种获取非授权频谱的方法、终端和系统，既能有效降低终端计算的复杂度，又能提高空白电视频谱检测的正确率。

本发明实施例提供的一种获取非授权频谱的方法，包括：

通过终端的当前位置信息获取所述当前位置的空白电视频谱的可用信道信息，其中，所述信道信息包括所述可用信道的最大传输功率w_n；

对所述空白电视频谱进行压缩感知采样，得到压缩信号x；

通过预设重构算法对所述压缩信号x进行信号重构得到所述空白电视频谱的重构信号

具体地，所述通过终端的当前位置信息获取所述当前位置的空白电视频谱的可用信道信息包括：

获取终端所在区域的当前位置信息，并向地理位置数据库发送信道获取请求，所述信道获取请求包括所述当前位置信息；

所述地理位置数据库向所述终端返回所述当前位置信息对应的空白电视频谱的可用信道信息。

在本发明获取非授权频谱的方法另一实施例中，还包括：

通过公式：

计算得到权重因子W；其中：

为所述空白电视频谱的可用信道的平均功率，ε为正数，p_i(t)为所述可用信道的输入概率，T为测量时间。

具体地，通过预设重构算法对所述压缩信号x进行信号重构得到所述空白电视频谱的重构信号

包括：

通过公式：

得到所述重构信号

其中，Θ＝ΦF^-1为离散傅里叶逆变换IDFT矩阵，

为噪声方差，σ噪声标准差，N为所述空白电视频谱的原始信号r_f的采样点数，P为压缩感知采样点数，P<N。

具体地，对所述空白电视频谱进行压缩感知采样，得到压缩信号x包括：

通过公式：

x＝Φ(r(t)+n(t))＝ΦF^-1(r_f+n_f)＝Θr_f+Θn_f；

得到所述压缩信号x；其中，Φ∈C^P×N(P＜N)是一个高斯分布的测量矩阵，C为欧式空间，

是传输信道中的加性高斯白噪声AWGN，I_p表示维度为p的单位矩阵。

在本发明获取非授权频谱的方法又一实施例中，还包括：

检测所述重构信号

的信号能量，并将所述信号能量和预设能量进行对比，若所述信号能量小于所述预设能量，则确定所述重构信号

的信道未被占用。

本发明实施例还提供一种获取非授权频谱的终端，其特征在于，包括：

获取单元，用于通过终端的当前位置信息获取所述当前位置的空白电视频谱的可用信道信息，其中，所述信道信息包括所述可用信道的最大传输功率w_n；

压缩感知单元，用于对所述空白电视频谱进行压缩感知采样，得到压缩信号x；

信号重构单元，用于通过预设重构算法对所述压缩信号x进行信号重构得到所述空白电视频谱的重构信号

具体地，所述获取单元具体获取终端所在区域的当前位置信息，并向地理位置数据库发送信道获取请求，所述信道获取请求包括所述当前位置信息；以及接收所述地理位置数据库向所述终端返回所述当前位置信息对应的空白电视频谱的可用信道信息。

在本发明获取非授权频谱的终端另一实施例中，还包括：

权重计算单元，用于通过公式

计算得到权重因子W；其中：

为所述空白电视频谱的可用信道的平均功率，ε为正数，p_i(t)为所述可用信道的输入概率，T为测量时间。

具体地，所述信号重构单元具体通过公式：

得到所述重构信号

其中，Θ＝ΦF^-1为离散傅里叶逆变换IDFT矩阵，

为噪声方差，σ噪声标准差，N为所述空白电视频谱的原始信号r_f的采样点数，P为压缩感知采样点数，P<N。

具体地，对压缩感知单元具体通过公式

x＝Φ(r(t)+n(t))＝ΦF^-1(r_f+n_f)＝Θr_f+Θn_f；

得到所述压缩信号x；其中，Φ∈C^P×N(P＜N)是一个高斯分布的测量矩阵，C为欧式空间，

是传输信道中的加性高斯白噪声AWGN，I_p表示维度为p的单位矩阵。

在本发明获取非授权频谱的终端又一实施例中，还包括：

能量检测单元，用于检测所述重构信号

的信号能量；

信道判断单元，用于将所述能量检测单元检测到的所述信号能量和预设能量进行对比，若所述信号能量小于所述预设能量，则确定所述重构信号

的信道未被占用。

本发明实施例还提供一种获取非授权频谱的系统，其特征在于，包括：

地理位置数据库，用于存储与地理位置相对应的空白电视频谱；以及向终端发送终端所在位置的所述空白电视频谱的可用信道；

终端，上述任一项实施例涉及的获取非授权频谱的终端。

本发明实施例提出的上述获取非授权频谱的方法、终端和系统，通过终端的当前位置信息获取当前位置的空白电视频谱的可用信道信息，其中，信道信息包括可用信道的最大传输功率w_n；并对空白电视频谱进行压缩感知采样，得到压缩信号x；通过预设重构算法对压缩信号x进行信号重构得到空白电视频谱的重构信号

通过有效结合频谱地理位置数据库和频谱感知技术，提高了对空白电视频谱检测的正确率，降低了频谱检测方法的复杂度，同时，降低了对终端性能的需求和终端成本。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同描述一起用于解释本发明的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：

图1为本发明获取非授权频谱的方法一个实施例的流程示意图。

图2为本发明获取非授权频谱的方法另一个实施例的流程示意图。

图3为本发明获取非授权频谱的终端一个实施例的结构示意图。

图4为本发明获取非授权频谱的终端另一个实施例的结构示意图。

图5为本发明获取非授权频谱的终端又一个实施例的结构示意图。

图6为本发明获取非授权频谱的系统一个实施例的结构示意图。

图7为本发明获取非授权频谱的系统一个应用实施例的结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1为本发明获取非授权频谱的方法一个实施例的流程示意图，如图1所示，该实施例的获取非授权频谱的方法包括：

S101，通过终端的当前位置信息获取当前位置的空白电视频谱的可用信道信息，其中，该可用信道信息包括可用信道的最大传输功率w_n。

具体地，上述终端可以是手机。

S102，对空白电视频谱进行压缩感知采样，得到压缩信号x。

S103，通过预设重构算法对压缩信号x进行信号重构得到空白电视频谱的重构信号

本发明实施例提出的上述获取非授权频谱的方法，通过终端的当前位置信息获取当前位置的空白电视频谱的可用信道信息，其中，信道信息包括可用信道的最大传输功率w_n；并对空白电视频谱进行压缩感知采样，得到压缩信号x；通过预设重构算法对压缩信号x进行信号重构得到空白电视频谱的重构信号

通过有效结合频谱地理位置数据库和频谱感知技术，提高了对空白电视频谱检测的正确率，降低了频谱检测方法的复杂度，同时，降低了对终端性能的需求和终端成本。

图2为本发明获取非授权频谱的方法另一个实施例的流程示意图，如图2所示，该实施例的获取非授权频谱的方法包括：

S201，获取终端所在区域的当前位置信息，并向地理位置数据库发送信道获取请求，信道获取请求包括当前位置信息。

S202，地理位置数据库向终端返回当前位置信息对应的空白电视频谱的可用信道信息。

其中，该可用信道信息包括可用信道的最大传输功率w_n。

S203，根据可用信道的最大传输功率w_n计算权重因子W。

具体地，通过公式：

计算得到权重因子W；其中：

为空白电视频谱的可用信道的平均功率，ε为正数，p_i(t)为可用信道的输入概率，T为测量时间。

S204，对空白电视频谱进行压缩感知采样，得到压缩信号x。

具体地，通过公式：

x＝Φ(r(t)+n(t))＝ΦF^-1(r_f+n_f)＝Θr_f+Θn_f；

计算得到压缩信号x；其中，Φ∈C^P×N(P＜N)是一个高斯分布的测量矩阵，C为欧式空间，

是传输信道中的加性高斯白噪声AWGN，I_p表示维度为p的单位矩阵。

S205，通过预设重构算法对压缩信号x进行信号重构得到空白电视频谱的重构信号

具体地，通过公式：

计算得到重构信号

其中，Θ＝ΦF^-1为离散傅里叶逆变换IDFT矩阵，

为噪声方差，σ噪声标准差，N为空白电视频谱的原始信号r_f的采样点数，P为压缩感知采样点数，P<N。

需要注意地是，在该实施例中，上述表示公式

需要在

的条件下求解。

S206，检测重构信号

的信号能量，并判断信号能量是否小于预设能量，若信号能量小于预设能量，则执行步骤S207，否则执行步骤S208。

S207，确定重构信号

的信道未被占用。

S208，重构信号

的信道已被占用。

图3为本发明获取非授权频谱的终端一个实施例的结构示意图，如图3所示，该实施例的获取非授权频谱的终端包括：获取单元301，压缩感知单元302和信号重构单元303，其中：

获取单元301，用于通过终端的当前位置信息获取当前位置的空白电视频谱的可用信道信息，其中，信道信息包括可用信道的最大传输功率w_n；

压缩感知单元302，用于对空白电视频谱进行压缩感知采样，得到压缩信号x；

信号重构单元303，用于通过预设重构算法对压缩信号x进行信号重构得到空白电视频谱的重构信号

本发明实施例提出的上述获取非授权频谱的终端，通过终端的当前位置信息获取当前位置的空白电视频谱的可用信道信息，其中，信道信息包括可用信道的最大传输功率w_n；并对空白电视频谱进行压缩感知采样，得到压缩信号x；通过预设重构算法对压缩信号x进行信号重构得到空白电视频谱的重构信号

通过有效结合频谱地理位置数据库和频谱感知技术，提高了对空白电视频谱检测的正确率，降低了频谱检测方法的复杂度，同时，降低了对终端性能的需求和终端成本。

具体地，在上述实施例中，获取单元301具体获取终端所在区域的当前位置信息，并向地理位置数据库发送信道获取请求，信道获取请求包括当前位置信息；以及接收地理位置数据库向终端返回当前位置信息对应的空白电视频谱的可用信道信息。

图4为本发明获取非授权频谱的终端另一个实施例的结构示意图，与图3实施例相比，该实施例的获取非授权频谱的终端还包括：权重计算单元404，用于通过公式

计算得到权重因子W；其中：

为空白电视频谱的可用信道的平均功率，ε为正数，p_i(t)为可用信道的输入概率，T为测量时间。

在本发明获取非授权频谱的终端一个具体实施方式中，信号重构单元303具体通过公式：

得到重构信号

其中，Θ＝ΦF^-1为离散傅里叶逆变换IDFT矩阵，

为噪声方差，σ噪声标准差，N为空白电视频谱的原始信号r_f的采样点数，P为压缩感知采样点数，P<N。

在本发明获取非授权频谱的终端一个具体实施方式中，对压缩感知单元302具体通过公式

x＝Φ(r(t)+n(t))＝ΦF^-1(r_f+n_f)＝Θr_f+Θn_f；

得到压缩信号x；其中，Φ∈C^P×N(P＜N)是一个高斯分布的测量矩阵，C为欧式空间，

是传输信道中的加性高斯白噪声AWGN，I_p表示维度为p的单位矩阵。

图5为本发明获取非授权频谱的终端又一个实施例的结构示意图，与图4实施例相比，该实施例的获取非授权频谱的终端还包括：能量检测单元505和信道判断单元506，其中：

能量检测单元505，用于检测重构信号

的信号能量；

信道判断单元506，用于将能量检测单元505检测到的信号能量和预设能量进行对比，若信号能量小于预设能量，则确定重构信号

的信道未被占用。

图6为本发明获取非授权频谱的系统一个实施例的结构示意图，如图6所示，该实施例的获取非授权频谱的系统包括：

地理位置数据库601，用于存储与地理位置相对应的空白电视频谱；以及向终端发送终端所在位置的空白电视频谱的可用信道。

终端602，用于通过终端的当前位置信息从地理位置数据库601获取当前位置的空白电视频谱的可用信道信息，其中，信道信息包括可用信道的最大传输功率w_n；并对空白电视频谱进行压缩感知采样，得到压缩信号x；以及通过预设重构算法对压缩信号x进行信号重构得到空白电视频谱的重构信号

本发明实施例提出的上述获取非授权频谱的系统，通过终端的当前位置信息获取当前位置的空白电视频谱的可用信道信息，其中，信道信息包括可用信道的最大传输功率w_n；并对空白电视频谱进行压缩感知采样，得到压缩信号x；通过预设重构算法对压缩信号x进行信号重构得到空白电视频谱的重构信号

通过有效结合频谱地理位置数据库和频谱感知技术，提高了对空白电视频谱检测的正确率，降低了频谱检测方法的复杂度，同时，降低了对终端性能的需求和终端成本。

在本发明获取非授权频谱的系统的一些实施例中，上述终端602可基于图3至图5对应的任一实施例所示的终端的结构实现。

图7为本发明获取非授权频谱的系统一个应用实施例的结构示意图，如图7所示，该实施例的获取非授权频谱的系统包括用户终端和地理位置数据库。

在该实施例中，用户首先获取所在区域的位置信息，然后向地理位置数据库发送请求，由于基于地理位置的数据库存储有用户所在区域内所有注册基站的天线类型，天线高度，发射功率等信息，经过计算将返回给用户所在位置的可用传输信道信息。因此基于地理位置数据库结构设计能够根据历史信息快速响应用户请求，从而能够降低终端设备计算复杂度，降低终端设备成本。

而后，采用频谱压缩感知技术对上述可用传输信道信息进行压缩采样得到压缩信号。

压缩感知可以在远小于Nyquist采样率的条件下获取信号的离散样本，保证信号的无失真重建，采用压缩感知技术，可降低采样频率，同时也可降低对设备性能需求。

具体地，通过以下公式计算压缩信号x。

x＝Φ(r(t)+n(t))＝ΦF^-1(r_f+n_f)＝Θr_f+Θn_f；

由于信号压缩过后，采样频率会下降，然而为了获得准确的判决结果，需要对压缩信号进行重构，信号重构的过程可以看作是一个凸优化过程,重构信号

可以通过求解凸优化问题得到。

具体地，通过以下公式计算重构信号

最后，对重构信号

做能量检测，并与判决门限比较，判断信道是否被占用。

本发明实施例提出的上述获取非授权频谱的系统，综合了业界两种主流频谱检测方法的优势。在室内，或者遮蔽比较严重的情况下，可以主要依赖频谱压缩感知检测方法。在室外，可以采用地理位置数据库和频谱压缩感知技术融合检测的方式，以提高检测正确率。通过引入地理位置数据库，可以降低频谱检测方法的复杂度，从而降低对终端性能的需求，降低终端成本，提高检测的正确率。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

可能以许多方式来实现本发明的方法、系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (11)

1.一种获取非授权频谱的方法，其特征在于，包括：

通过终端的当前位置信息获取所述当前位置的空白电视频谱的可用信道信息，其中，所述可用信道信息包括所述可用信道的最大传输功率w_n；

对所述空白电视频谱进行压缩感知采样，得到压缩信号x；

根据所述可用信道的最大传输功率w_n计算权重因子W；

通过预设重构算法对所述压缩信号x进行信号重构得到所述空白电视频谱的重构信号

具体通过公式：

约束条件为：

得到所述重构信号

其中，Θ＝ΦF^-1，Φ∈C^P×N是一个高斯分布的测量矩阵，C为欧式空间，F^-1为离散傅里叶逆变换IDFT矩阵，

为噪声方差，σ为噪声标准差，N为所述空白电视频谱的原始信号r_f的采样点数，P为压缩感知采样点数，P＜N。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过终端的当前位置信息获取所述当前位置的空白电视频谱的可用信道信息包括：

获取终端所在区域的当前位置信息，并向地理位置数据库发送信道获取请求，所述信道获取请求包括所述当前位置信息；

所述地理位置数据库向所述终端返回所述当前位置信息对应的空白电视频谱的可用信道信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述可用信道的最大传输功率w_n计算权重因子W包括：

通过公式

计算得到权重因子W；其中：

为所述空白电视频谱的可用信道的平均功率，ε为正数，p_i(t)为所述可用信道的输入概率，T为测量时间，N为所述空白电视频谱的原始信号r_f的采样点数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述空白电视频谱进行压缩感知采样，得到压缩信号x包括：

通过公式：

x＝Φ(r(t)+n(t))＝ΦF^-1(r_f+n_f)＝Θr_f+Θn_f；

Θn_f＝Φn(t)，n(t)服从

得到所述压缩信号x；其中，Φ∈C^P×N是一个高斯分布的测量矩阵，P＜N，C为欧式空间，n(t)服从

n(t)是传输信道中的加性高斯白噪声AWGN，I_p表示维度为p的单位矩阵，n(t)表示加性高斯白噪声的时域信号，r(t)表示对空白电视频谱的原始信号进行傅里叶逆变换得到的空白电视频谱的时域信号，n_f表示加性高斯白噪声的频域信号。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于，还包括：

检测所述重构信号

的信号能量，并将所述信号能量和预设能量进行对比，若所述信号能量小于所述预设能量，则确定所述重构信号

的信道未被占用。

6.一种获取非授权频谱的终端，其特征在于，包括：

获取单元，用于通过终端的当前位置信息获取所述当前位置的空白电视频谱的可用信道信息，其中，所述可用信道信息包括所述可用信道的最大传输功率w_n；

压缩感知单元，用于对所述空白电视频谱进行压缩感知采样，得到压缩信号x；

权重计算单元，用于根据所述可用信道的最大传输功率w_n计算权重因子W；

信号重构单元，用于通过预设重构算法对所述压缩信号x进行信号重构得到所述空白电视频谱的重构信号

具体通过公式：

约束条件为：

得到所述重构信号

其中，Θ＝ΦF^-1，Φ∈C^P×N是一个高斯分布的测量矩阵，C为欧式空间，F^-1为离散傅里叶逆变换IDFT矩阵，

为噪声方差，σ为噪声标准差，N为所述空白电视频谱的原始信号r_f的采样点数，P为压缩感知采样点数，P＜N。

7.根据权利要求6所述的终端，其特征在于，所述获取单元具体获取终端所在区域的当前位置信息，并向地理位置数据库发送信道获取请求，所述信道获取请求包括所述当前位置信息；以及接收所述地理位置数据库向所述终端返回所述当前位置信息对应的空白电视频谱的可用信道信息。

8.根据权利要求6所述的终端，其特征在于，根据所述可用信道的最大传输功率w_n计算权重因子W包括：

通过公式

计算得到权重因子W；其中：

为所述空白电视频谱的可用信道的平均功率，ε为正数，p_i(t)为所述可用信道的输入概率，T为测量时间，N为所述空白电视频谱的原始信号r_f的采样点数。

9.根据权利要求8所述的终端，其特征在于，对压缩感知单元具体通过公式

x＝Φ(r(t)+n(t))＝ΦF^-1(r_f+n_f)＝Θr_f+Θn_f；

Θn_f＝Φn(t)，n(t)服从

得到所述压缩信号x；其中，Φ∈C^P×N是一个高斯分布的测量矩阵，P＜N，C为欧式空间，n(t)服从

n(t)是传输信道中的加性高斯白噪声AWGN，I_p表示维度为p的单位矩阵，n(t)表示加性高斯白噪声的时域信号，r(t)表示表示对空白电视频谱的原始信号进行傅里叶逆变换得到的空白电视频谱的时域信号，n_f表示加性高斯白噪声的频域信号。

10.根据权利要求6至9任意一项所述的终端，其特征在于，还包括：

能量检测单元，用于检测所述重构信号

的信号能量；

信道判断单元，用于将所述能量检测单元检测到的所述信号能量和预设能量进行对比，若所述信号能量小于所述预设能量，则确定所述重构信号

的信道未被占用。

11.一种获取非授权频谱的系统，其特征在于，包括：

地理位置数据库，用于存储与地理位置相对应的空白电视频谱；以及向终端发送终端所在位置的所述空白电视频谱的可用信道；

终端，为权利要求6-10中任一项涉及的获取非授权频谱的终端。

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