基于生成对抗网络的三维频谱态势补全

胡田钰，吴启晖，黄 洋，2

（1.南京航空航天大学电子信息工程学院，南京 211106；2.东南大学信息科学与工程学院，南京 211189）

引 言

近年来，随着中国空天地信息网络一体化的不断发展，卫星网络与地面移动网络已作为常态化基础网络存在，而各类基于无人机或其他空中平台的中继网络则将组成天地之间的机动网络，通信系统正迎来从地面5G到航空6G这一6G基础形态的重大演进［1‑2］。但随着空天地信息网络中无线智能终端和业务数量的急剧增长，日益稀缺的频谱资源与已分配频谱资源利用不足之间的尖锐矛盾也愈发突出［3‑4］。因此，急需研究适用于空天地信息网络的认知无线电（Cognitive radio，CR）技术，以提高三维电磁频谱空间的频谱利用率。

CR将无线通信网络中的用频设备分为主要用户（Primary users，PUs）和次级用户（Secondary us‑ers，SUs）［5‑6］。对于地面通信系统，常用的一种表征当前区域内频谱资源使用情况的CR技术是将SUs所获取的信号功率谱密度（Power spectrum density，PSD）等无线电参数的分布情况进行可视化，“有的放矢”地实现频谱预测、频谱决策和频谱管控等多种应用，以提高通信系统频谱资源利用率。该可视化方法通常被称为频谱地图或无线电（环境）地图［7‑9］。但是，该方法仅考虑PSD在地理位置上的二维分布情况，不能简单直接地套用于空天地信息网络。

因此，本文将对PSD在三维空间上的时空频分布情况的表征进行研究，并以“频谱态势”来指代该分布情况。三维频谱态势使人们可以查看任何时间和三维位置的准确PSD分布，从而提高频谱资源在时间和空间维度上的利用率［10］。……