沈阳自动化所利用多天线系统有望实现智能无线电频谱感知

频谱资源稀缺是无线通信系统面临的根本问题。为了解决这一问题,人们不断开发新的无线通信技术。频谱检测是感知无线电中非常关键的技术。有效的频谱检测技术不仅能避免对现存通信系统的干扰,还能有效的发现空闲频谱段,从而提高频谱利用率。

认知无线电作为一种更有效利用频谱资源的无线通信技术,是解决频谱资源紧缺现状的有效手段。认知无线电包括频谱感知、动态频谱接入、频谱管理和频谱共享等关键技术,它能够自动感知无线通信环境,通过对环境的判决和学习,自适应调整通信参数后接入授权信道,在不对授权用户造成干扰的前提下利用空闲频谱资源进行通信。

近期，中国科学院沈阳自动化研究所提出了利用多天线系统，提出了相应的压缩子空间学习算法，通过考虑空间相关MIMO信道模型以及接收端相关矩阵为指数相关模型，揭示了提出算法的性能优势，相应的理论结果也可用于指导算法中的参数选择以及多天线系统的设计。该成果为实现下一代智能无线电高可靠的频谱感知提供了有效方法。

宽带频谱感知作为未来智能无线电的重要基础性使能技术，可以使无线通信设备具备高效的电磁环境感知能力，能动态协调各无线通信设备，为其接入未被利用的频谱资源，从而增加设备和服务接入量以及提高频谱效率提供了一个可行的解决方案。

无线频谱也就是无线电波或电磁波的频率。无线电波定义为频率在3000GHz以下，不用人工波导而在空间传播的电磁波。作为传输载体的无线电波都具有一定的频率和波长，即位于无线电频谱中的一定位置，并占据一定的宽度。

无线电频谱一般指9KHz-3000GHz频率范围内发射无线电波的无线电频率的总称。于较高频率上的无线电波的传播特性，无线电业务的不能无限地使用较高频段的无线电频率，人类对于3000GHz以上的频率还无法开发和利用，尽管使用无线电频谱可以根据时间、空间、频率和编码四种方式进行频率的复用，但就某一频段和频率来讲，在一定的区域、一定的时间和一定的条件下使用频率是有限的。

虽然无线电频谱具有排他性，但在一定的时间、地区、频域和编码条件下，无线电频率是可以重复使用和利用的，即不同无线电业务和设备可以频率复用和共用。

频谱感知常用的频谱感知方法有能量检测、 匹配滤波器检测、 循环平稳检测等。匹配滤波器检测能获得较好的性能，但其主要缺点是需要预知主用户的完整信息。认知无线电是一项有望缓解无线频谱资源短缺、 频谱利用率低下的智能无线通信技术，它允许次用户(即认知无线电用户)使用主用户当前没有使用的频谱空穴， 从而提高频谱利用率. 频谱感知是认知无线电的一项关键技术，它的主要功能在于检测可供认知用户使用的频谱空穴，同时监测主用户信号活动情况， 保证主用户再次使用频谱时， 认知用户能够快速退出相应频段。

频谱感知方法包括

匹配滤波器检测、 能量检测、 循环平稳特征检测以及多分辨率频谱感知. 这些方法均为单节点感知方法。频谱感知是所有工作的基础.目前虽然已有针对 CR 的多种具体感知方式,如基于功率的感知、基于特征的感知和匹配滤波等方式。频谱感知算法的关键是确定每个节点应该感知哪些信道。

由于该问题一般用图论方法进行建模,其核心思想是对感知信道集合进行分配,满足节点之间竞争图(也称干扰图)的限制关系.因此,Z重要的步骤是对整个网络进行竞争图的高效建模,并在该建模基础上进行感知任务分配.典型的方法是图着色算法.由于着色算法一般都是集中式算法,并且其近似算法一般为启发式算法。

无线电频谱感知技术

频谱感知，是指认知用户通过各种信号检测和处理手段来获取无线网络中的频谱使用信息。从无线网络的功能分层角度看，频谱感知技术主要涉及物理层和链路层，其中物理层主要关注各种具体的本地检测算法，而链路层主要关注用户间的协作以及对本地感知、协作感知和感知机制优化3 个方面。因此，目前频谱感知技术的研究大多数集中在本地感知、协作感知和感知机制优化3个方面。

多天线技术

现代通信系统中，基站一般会装置多根天线，天线间距较大时，天线间的衰落相关性是较低的，因此恰当地设计发送方式可以获得空间发射分集。空间发射分集通过在发射端对所要发射的信号进行预处理，以引入接收端可以利用的分集，在接收端通过检测算法获得该分集。多天线技术在TD-LTE系统得到了充分的应用，不仅收发的天线数有明显的增加，而且MIMO的传输模式也更加丰富。在下行链路，多天线发送方式包括发送分集、空间复用、多用户MIMO和波束赋形等传输模式，在上行链路，多个用户组成的虚拟MIMO也进一步提高了上行的系统容量。

新闻来源：中国科学院沈阳自动化研究所 

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