一種基於超幾何體體積頻譜感知的方法及系統的製作方法
2023-06-24 11:01:36
一種基於超幾何體體積頻譜感知的方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明適用於認知無線電領域，提供了一種基於超幾何體體積頻譜感知的方法，所述方法包括以下步驟：A、利用次用戶端接收數據y(k)內在的相關性，構造樣本協方差矩陣S，其公式：B、依據樣本協方差矩陣S構成超幾何體，根據超幾何體體積定義檢測統計量,其公式：C、根據系統給定的虛警概率取得檢測門限;D、根據檢測統計量與檢測門限的大小關係判斷主信號有無。採用超幾何體體積檢測不需要已知背景噪聲功率，在接收天線數增加時檢測複雜度不會有明顯提高，且該檢測方法不受噪聲非均勻性的影響，對實際認知無線電網絡有良好的適用性。
【專利說明】一種基於超幾何體體積頻譜感知的方法及系統【技術領域】
[0001]本發明屬於認知無線電領域，尤其涉及一種基於超幾何體體積計算頻譜感知的方法及系統。
【背景技術】
[0002]眾所周知，現有的頻譜資源固定分配的政策不能使有限的頻譜資源得到充分利用。認知無線電的提出旨在解決上述問題。在認知無線電網絡中，當主用戶(即授權用戶)沒有工作時，它所佔用的頻帶處於「空閒」狀態；此時，次用戶(即未授權用戶)在一個很寬的頻段範圍內感知並有效利用空閒頻帶，以達到提高頻帶利用率的目的。具有認知功能的無線通信設備按照某種「伺機」的方式工作在已授權的頻段內，即「借用」授權的頻譜資源，同時保證這些無線設備的通信不會影響到其他已授權用戶工作。這種「認知功能」即頻譜感知技術。
[0003]頻譜感知技術可被建模為二元假設檢驗問題——主信號不存在(即主用戶空閒)假設和主信號存在(即主用戶工作)假設。在主信號不存在的假設下，觀測數據只包含噪聲；在主信號存在的假設下，觀測數據同時包含信號和噪聲。主信號存在與否，直接影響了觀測數據的能量和相關結構；頻譜感知就應用了能量和相關結構在兩種假設下的差異性來檢測主信號的有無。
[0004]頻譜感知技術主要包括能量檢測、似然比檢測、特徵檢測和基於特徵值的檢測
等。已知噪聲功率時，能量檢測器(ED (^))的檢測性能最優；而在實際的認知無線電網
絡中，噪聲功率通常是未知的，用估計的噪聲功率代替真實噪聲功率，所得到的能量檢測器
(ED (σ;))性能有明顯下降。利用接收數據協方差矩陣的特徵值做檢測的方法叫做基於
特徵值的檢測。當主信號不存在時，接收數據僅包含噪聲，樣本協方差矩陣近似於一個單位陣；當主信號存在時，該協方差矩陣由於信號的相關性而失去單位結構，矩陣被展開。基於特徵值的檢測器就是根據這種相關結構而提出的。其中，代數-幾何平均特徵值之比(AGM)檢測器能可靠地檢測相干信號。最大-最小特徵值之比(MME)檢測器通過檢測樣本協方差矩陣是否對應於單位結構，來感知主信號的有無。由於沒有用到所有的特徵值，MME檢測器的檢測性能在一定條件下有所下降。如果認知無線電網絡中只有一個主用戶，則廣義似然t匕(GLRT)檢測器的性能最優，它等價於信號-噪聲特徵值(SNE)檢測器。實際情況中，次用戶端各個接收天線的內部結構可能不同，導致各天線上噪聲功率不相等，即噪聲為非均勻噪聲。阿達瑪(Hadamard)檢測器不容易受噪聲的影響，對非均勻噪聲具有魯棒性。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種基於超幾何體體積頻譜感知的方法，旨在解決各個天線上噪聲功率未知或噪聲功率不相等時檢測性能降低的問題。樣本協方差矩陣的行列式在主信號存在和主信號不存在這兩種不同假設下相差很大，本發明利用這種差異性來做頻譜感知。
[0006]本發明是這樣實現的，一種基於超幾何體體積頻譜感知的方法，所述方法包括以下步驟:
[0007]A、利用次用戶端接收數據y(k)內在的相關性，構造樣本協方差矩陣S，其公式:
【權利要求】
1.一種基於超幾何體體積頻譜感知的方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟: A、利用次用戶端接收數據y(k)內在的相關性，構造樣本協方差矩陣S，其公式:
W襲=1 B、依據樣本協方差矩陣S構成超幾何體，根據超幾何體體積定義檢測統計量，其公式:ξ = logdel[Sr] = logdet[D 1S]； C、根據系統給定的虛警概率取得檢測門限； D、根據檢測統計量與檢測門限的大小關係判斷主信號有無。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟A之前還包括: A0、根據次用戶端天線接收的數據建立信號模型。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述步驟B包括: B1、計算矩陣S的各個行向量的長度，其公式:δ?=| S(i) I I ； B2、根據矩陣S行向量的長度構造對角陣D，其公式:D=diag(S1，…，δ J ； Β3、構造矩陣S』，其公式W=T1S, S』的行向量構成超幾何體，其體積等於矩陣S』的行列式 det[S』 ]； B4、根據超幾何體體積定義檢測統計量，其公式: ξ = logdet[S,] = logdet[D 1S]。
4.根據權利要求1-3任一項所述的方法，其特徵在於，所述超幾何體體積定義檢測統計量不需要已知背景噪聲的功率，不受噪聲非均勻性影響，對非均勻性噪聲具有魯棒性。
5.根據權利要求1-3任一項所述的方法，其特徵在於，所述超幾何體體積定義檢測統計量所需的計算時間隨天線數的增加變化幅度較小，對實際認知無線電系統的適用性強。
6.一種基於超幾何體體積頻譜感知的系統，其特徵在於，該系統包括: 樣本協方差矩陣模塊，用於利用次用戶端接收數據y(k)內在的相關性，構造樣本協方差矩陣S，其公式:S = ^Xyik)/(k); 檢測統計量模塊，用於依據樣本協方差矩陣s構成超幾何體，根據超幾何體體積定義檢測統計量，其公式:c: = iogdet[51 = 1gdetfD 'S]； 檢測門限模塊，用於根據系統給定的虛警概率取得檢測門限； 判斷模塊，用於根據檢測統計量與檢測門限的大小關係判斷主信號有無。
7.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述系統還包括: 信號模型模塊，用於根據次用戶端天線接收的數據建立信號模型。
8.根據權利要求7所述的系統，其特徵在於，所述檢測統計量模塊包括: 長度計算單元，用於計算矩陣S的各個行向量的長度，其公式:δ i=| S(i) 11 ； 對角陣單元，用於根據矩陣S行向量的長度構造對角陣D，其公式AzdiagOi，…，δω)； 求體積單元，用於構造矩陣S』，其公式X=D-1S, S』的行向量構成超幾何體，其體積等於矩陣S』的行列式det[S』]； 取得檢測統計量單元，用於根據超幾何體體積定義檢測統計量，其公式:ξ = 1gdettSrI = 1gdci^1S] 0
9.根據權利要求6-8任一項所述的系統，其特徵在於，所述超幾何體體積定義檢測統計量不需要已知背景噪聲的功率，不受噪聲非均勻性影響，對非均勻性噪聲具有魯棒性。
10.根據權利要求6-8任一項所述的系統，其特徵在於，所述超幾何體體積定義檢測統計量所需的計算時間隨天線數的增加變化幅度較小，對實際認知無線電系統的適用性強。
【文檔編號】H04W16/14GK103490835SQ201310478534
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月14日 優先權日:2013年10月14日
【發明者】黃磊, 李蓉嫻 申請人:哈爾濱工業大學深圳研究生院