一種通信主用戶感知方法及系統與流程
2024-02-14 05:36:15 1
本發明涉及通信技術領域，特別涉及一種通信主用戶感知方法及系統。
背景技術：
隨著無線電技術的進步和社會的發展，各行各業對無線電頻率的需求越來越多，頻譜資源匱乏的問題日益嚴重。目前，頻譜資源採用國家統一分配授權的管理模式，將頻譜分為兩種類型：授權頻段和非授權頻段。其中，授權頻段佔據著大部分頻譜資源，如電視廣播頻段，但不少授權頻段處於空閒狀態；開放使用的非授權頻段佔整個頻譜資源的很少一部分，如無線區域網、無線城域網等無線網絡大多使用非授權頻段在工作，該頻段上的用戶很多，業務量也很大，無線電頻段已基本趨於飽和。據美國聯邦通信委員會的研究表明，已分配的頻譜利用率為15％～85％。所以說，頻譜資源的匱乏並不是真正意義上的頻譜資源不足，更多是由頻譜利用率過低造成的。
為了提高頻譜的利用率，cr技術(cr，即cognitiveradio，認知無線電)應運而生。認知無線電的核心思想就是具有認知功能的用戶通過監測，能夠感知當前分配給授權用戶但未被其使用的空閒頻段，然後利用該空閒頻段進行通信，從而有利於提高頻譜利用率。認知無線電的研究主要集中在頻譜感知、頻譜分析、頻譜決策、頻譜共享和頻譜管理五個方面上。其中，頻譜感知作為認知無線電中的一項重要技術，它的主要目的是：第一，檢測可供次用戶(secondaryusers)使用的頻譜空穴；第二，對主用戶(primaryusers,)信號活動的情況進行實時監測，當主用戶不使用該頻段時，認知用戶就能接入該頻段，當主用戶再次出現時，認知用戶就要迅速退出頻段，避免對主用戶產生幹擾。
現有一些比較經典的頻譜感知方法主要是用能量檢測，其基本思想是：直接對時域信號採樣值求模，然後取平方得到能量值。再把信號的能量值與預先設定的門限相比較，超過判決門限則判定該信號為主用戶信號，也即判定該信號對應的頻段上有主用戶的存在。然而，上述過程中的感知精確度比較低，有待進一步提升。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種通信主用戶感知方法及系統，能夠進一步提升通信主用戶的感知精確度。其具體方案如下：
一種通信主用戶感知方法，包括：
利用零空間追蹤算法對原始信號進行去噪處理，得到去噪信號；
確定所述去噪信號的能量；
通過判斷所述能量是否大於預設能量閾值，得到所述原始信號是否為主用戶信號的判決結果。
可選的，所述確定所述去噪信號的能量的過程，包括：
利用能量檢測算法確定所述去噪信號的能量。
可選的，所述利用零空間追蹤算法對原始信號進行去噪處理的過程，包括：
利用所述零空間追蹤算法對所述原始信號進行處理，得到殘差信號分量；
基於所述殘差信號分量以及所述原始信號，得到所述去噪信號。
可選的，所述基於所述殘差信號分量以及所述原始信號，得到所述去噪信號的過程，包括：
利用第一去噪信號確定公式，計算得到所述去噪信號；
其中，所述第一去噪信號確定公式為：v＝s-u；
式中，v表示所述去噪信號，s表示所述原始信號，u表示所述殘差信號分量。
可選的，所述基於所述殘差信號分量以及所述原始信號，得到所述去噪信號的過程，包括：
利用第二去噪信號確定公式，計算得到所述去噪信號；
其中，所述第二去噪信號確定公式為：v＝(s-u)(1+γ)；
式中，v表示所述去噪信號，s表示所述原始信號，u表示所述殘差信號分量，γ表示洩漏因子。
本發明還相應公開了一種通信主用戶感知系統，包括：
信號去噪模塊，用於利用零空間追蹤算法對原始信號進行去噪處理，得到去噪信號；
能量確定模塊，用於確定所述去噪信號的能量；
信號判決模塊，用於通過判斷所述能量是否大於預設能量閾值，得到所述原始信號是否為主用戶信號的判決結果。
可選的，所述能量確定模塊，具體用於利用能量檢測算法確定所述去噪信號的能量。
可選的，所述信號去噪模塊，包括：
信號處理單元，用於利用所述零空間追蹤算法對所述原始信號進行處理，得到殘差信號分量；
信號去噪單元，用於基於所述殘差信號分量以及所述原始信號，得到所述去噪信號。
可選的，所述信號去噪單元，具體用於利用第一去噪信號確定公式，計算得到所述去噪信號；
其中，所述第一去噪信號確定公式為：v＝s-u；
式中，v表示所述去噪信號，s表示所述原始信號，u表示所述殘差信號分量。
可選的，所述信號去噪單元，具體用於利用第二去噪信號確定公式，計算得到所述去噪信號；
其中，所述第二去噪信號確定公式為：v＝(s-u)(1+γ)；
式中，v表示所述去噪信號，s表示所述原始信號，u表示所述殘差信號分量，γ表示洩漏因子。
本發明中，通信主用戶感知方法，包括：利用零空間追蹤算法對原始信號進行去噪處理，得到去噪信號；確定去噪信號的能量；通過判斷能量是否大於預設能量閾值，得到原始信號是否為主用戶信號的判決結果。
可見，本發明先利用零空間追蹤算法來對原始信號進行去噪處理，然後基於去噪信號來最終確定出原始信號是否為主用戶信號，由此可以減少噪聲對主用戶的感知精確度的影響，從而提升了感知精確度。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例公開的一種通信主用戶感知方法流程圖；
圖2為本發明實施例公開的一種具體的通信主用戶感知方法流程圖；
圖3為本發明實施例公開的一種通信主用戶感知系統結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
本發明實施例公開了一種通信主用戶感知方法，參見圖1所示，該方法包括：
步驟s11：利用零空間追蹤算法對原始信號進行去噪處理，得到去噪信號；
步驟s12：確定去噪信號的能量；
步驟s13：通過判斷上述能量是否大於預設能量閾值，得到原始信號是否為主用戶信號的判決結果。
具體的，當去噪信號的能量大於上述預設能量閾值，則可以判定原始信號為主用戶信號，也即判定原始信號對應的頻段中有主用戶的存在，此時原始信號對應的頻段為非空閒頻段；當去噪信號的能量小於或等於上述預設能量閾值，則可以判定原始信號並非是主用戶信號，也即判定原始信號對應的頻段中沒有主用戶的存在，此時原始信號對應的頻段為空閒頻段。
需要說明的是，上述預設能量閾值具體可以根據在不同頻段下的經驗值進行相應地設置，在此不對其進行具體限定。
可見，本發明實施例先利用零空間追蹤算法來對原始信號進行去噪處理，然後基於去噪信號來最終確定出原始信號是否為主用戶信號，由此可以減少噪聲對主用戶的感知精確度的影響，從而提升了感知精確度。
參見圖2所示，本發明實施例公開了一種具體的通信主用戶感知方法，包括以下步驟：
步驟s21：利用零空間追蹤算法對原始信號進行處理，得到殘差信號分量。
本實施例中，上述利用零空間追蹤算法獲取上述殘差信號分量的過程，具體可以包括：
第一步：輸入原始信號s，初始值λ10和γ0，以及參數停止門限ε，。
第二步：設置j＝0，和γj＝γ0。
第三步：根據計算
其中，aj是對角矩陣，對角元素為d是以u為主對角線的對角矩陣。
第四步：根據計算
其中，和是對角矩陣，對角元素為i表示單位矩陣。
第五步：根據來計算
第六步：根據來計算γj+1。
第七步：如果那麼令j＝j+1，然後重新進入第三步。
第八步：輸出殘差信號分量以及洩漏因子γ＝γj+1。
步驟s22：基於殘差信號分量以及原始信號，得到去噪信號。
在一種具體的實施方式中，上述基於殘差信號分量以及原始信號，得到去噪信號的過程，具體可以包括：利用第一去噪信號確定公式，計算得到去噪信號；其中，第一去噪信號確定公式為：
v＝s-u；
式中，v表示去噪信號，s表示原始信號，u表示殘差信號分量。
在另一種具體的實施方式中，上述基於殘差信號分量以及原始信號，得到去噪信號的過程，具體可以包括：利用第二去噪信號確定公式，計算得到去噪信號；其中，第二去噪信號確定公式為：
v＝(s-u)(1+γ)；
式中，v表示去噪信號，s表示原始信號，u表示殘差信號分量，γ表示洩漏因子。
需要指出的是，相比於由上述第一去噪信號確定公式得到的去噪信號，通過上述第二去噪信號確定公式得到的去噪信號具有更好的去噪效果，有利於後續感知精確度的進一步的提升。
步驟s23：利用能量檢測算法確定去噪信號的能量。
步驟s24：通過判斷上述能量是否大於預設能量閾值，得到原始信號是否為主用戶信號的判決結果。
具體的，當去噪信號的能量大於上述預設能量閾值，則可以判定原始信號為主用戶信號，也即判定原始信號對應的頻段中有主用戶的存在，此時原始信號對應的頻段為非空閒頻段；當去噪信號的能量小於或等於上述預設能量閾值，則可以判定原始信號並非是主用戶信號，也即判定原始信號對應的頻段中沒有主用戶的存在，此時原始信號對應的頻段為空閒頻段。
相應的，本發明實施例還公開了一種通信主用戶感知系統，參見圖3所示，該系統包括：
信號去噪模塊11，用於利用零空間追蹤算法對原始信號進行去噪處理，得到去噪信號；
能量確定模塊12，用於確定去噪信號的能量；
信號判決模塊13，用於通過判斷能量是否大於預設能量閾值，得到原始信號是否為主用戶信號的判決結果。
本實施例中，上述能量確定模塊12，具體可以用於利用能量檢測算法確定去噪信號的能量。
另外，上述信號去噪模塊11，具體可以包括信號處理單元以及信號去噪單元；其中，
信號處理單元，用於利用零空間追蹤算法對原始信號進行處理，得到殘差信號分量；
信號去噪單元，用於基於殘差信號分量以及原始信號，得到去噪信號。
在一種具體實施方式中，上述信號去噪單元，具體可以用於利用第一去噪信號確定公式，計算得到去噪信號；
其中，第一去噪信號確定公式為：v＝s-u；
式中，v表示去噪信號，s表示原始信號，u表示殘差信號分量。
在另一種具體實施方式中，上述信號去噪單元，具體可以用於利用第二去噪信號確定公式，計算得到去噪信號；
其中，第二去噪信號確定公式為：v＝(s-u)(1+γ)；
式中，v表示去噪信號，s表示原始信號，u表示殘差信號分量，γ表示洩漏因子。
可見，本發明實施例先利用零空間追蹤算法來對原始信號進行去噪處理，然後基於去噪信號來最終確定出原始信號是否為主用戶信號，由此可以減少噪聲對主用戶的感知精確度的影響，從而提升了感知精確度。
最後，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
以上對本發明所提供的一種通信主用戶感知方法及系統進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。