一種基於譜相關特徵的頻譜檢測方法
2023-07-28 23:58:21 2
專利名稱：一種基於譜相關特徵的頻譜檢測方法
技術領域：
本發明涉及認知無線電頻譜檢測技術領域，特別涉及一種認知無線電系統中基於譜相關特徵的頻譜檢測方法。
背景技術：
隨著無線通信業務的飛速發展，傳統的靜態頻譜分配方式已經極大阻礙了頻譜資源的利用率。認知無線電技術(CR)作為一種頻譜再利用技術，在解決無線通信中頻譜資源緊張，提高頻譜利用率等問題方面，具有獨特的優勢，已受到越來越多人的關注，並被普遍認為是下一代無線通信網絡中的一項關鍵技術。FCC (聯邦通信委員會)已經為認知無線設備開放了電視頻段，使其可以不斷地感知頻譜環境，動態檢測未使用的頻段，在不對授權用戶造成幹擾的前提下接入空閒頻段。IEEE 802. 22無線區域網(WRAN)工作組已經起草了基於認知無線電的空中接口標準，以便未授權的認知用戶可以接入空閒的電視頻段。
頻譜感知是認知無線電的關鍵技術之一。為避免對授權用戶造成幹擾，FCC要求認知用戶設備在檢測主用戶電視和語音信號時達到-IHdBm的靈敏度要求，並且要求頻譜感知算法至少在-ISdB的條件下可靠檢測到授權電視信號。在低信噪比下檢測微弱信號，因能量檢測受到噪聲不確定性的影響，匹配濾波器檢測面臨不同步的問題，傳統的能量檢測和匹配濾波器檢測已不再適用。在主用戶發送信號特徵已知的條件下，可以使用循環平穩特性進行檢測，但具有計算量大的缺點。基於此，有人提出了基於信號特徵檢測的感知方案，把主用戶發射機的發送信號與認知用戶接收機的接收信號的周期圖進行相關，把譜相關量作為檢測統計量，然後把檢測統計量與滿足虛警概率條件下的門限比較進行頻譜判決。然而，用周期圖法對信號進行譜估計解析度較低，解析度受到信號長度的影響，其解析度與信號採樣長度成正比，從而一定程度上制約了頻譜檢測的可靠性。
發明內容
本發明目的在於克服上述現有技術存在的不足，提供一種認知無線電系統中改進的基於譜相關特徵的頻譜檢測方法。本發明首先用MVDR算法分別對主用戶發射機的發送信號和認知用戶接收機的接收信號進行譜估計，然後把發送信號與接收信號的MVDR譜進行相關運算得到的譜相關量作為檢測統計量，並求得滿足虛警概率條件下的門限，最後將該檢測統計量與門限進行比較，以此判定頻譜是否被佔用。本發明用MVDR算法對主用戶發射機的發送信號和認知用戶接收機的接收信號進行譜估計，把收發信號MVDR譜的譜相關量作為檢測統計量，並求得滿足虛警概率條件下的門限，將該檢測統計量與門限進行比較，以此判定頻譜是否被佔用。該方法分為5個部分實現計算發送信號的採樣信號的MVDR譜；計算接收信號的採樣信號的MVDR譜；計算檢測統計量；計算滿足虛警概率Pf的門限值th ;判斷頻譜是否被佔用。具體方法為A.計算發送信號的採樣信號的MVDR譜該算法要求主用戶發射機的發送信號是已知的，設發送信號為X(t)，以採樣頻率為fs赫茲(Hz)對x(t)進行採樣，採樣間隔為Ts秒，則發送信號的採樣信號為X(1)=X(1TS)，長為L的X(I)樣本自相關矩陣為ip ^的階數為M，M的值由感知時間對算法複雜度的要求來確定。根據R計算x(l)的MVDR譜P^Lr^)^ = O, I, - ,L-1.B.計算接收信號的採樣信號的MVDR譜設認知用戶接收機接收到的信號為y (t)，以採樣頻率為fs赫茲(Hz)對y(t)進行採樣，則接收信號的採樣信號為y(I) =y(ITs);長為L的y(l)的樣本自相關矩陣為iY，焱、.的階數為M。根據,計算y⑴的MVDR譜盧品^ (k), k = 0，1，…，L-LC.計算檢測統計量T1^ =— Σ M VO R (k)P^vnji
L A-=O D.計算滿足虛警概率Pf的門限值th:
fh — cPr = Pi {Tj > th) = I- P{~J=^-σ + μ :;κ,δ)其中，=(A 2) F(x;/c + 2々)是非中心卡方分
A=O k\布i(的的累積分布函數(CDF)，F(·)是中心卡方分布的CDF。/^2，CT^2 ^和S，分別為主用戶不存在時 Υ近似服從的非中心卡方分布Z(J)的均值，方差，自由度和偏移參數，C1, C2分別是檢測統計量IY的累積生成函數的一、二階累積量。E.判斷頻譜是否被佔用採用檢測統計量IY與滿足虛警概率Pf的門限值th進行比較，以此判定該頻譜是否被佔用，如果 Υ ^ th,則表明該頻譜被佔用，反之，如果IY < th,則表明該頻譜沒被佔用。綜上所述，本發明用MVDR算法對主用戶發射機的發送信號和認知用戶接收機的接收信號進行譜估計，把收、發信號MVDR譜的譜相關量作為檢查統計量進行頻譜判決，有效提高了頻譜檢測的性能。相對於現有的用周期圖法進行譜估計的相關檢測算法，本發明在能夠滿足IEEE 802. 22標準對檢測時間要求的同時，進行譜估計的解析度更高，具有更好的頻譜檢測性能。使用現有技術的循環平穩特性進行檢測，其計算複雜度要遠大於本發明給出的MVDR譜相關檢測算法。
圖I是本發明的基於譜相關特徵的頻譜檢測方法流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發明作進一步的描述改進的基於譜相關特徵的頻譜檢測方法具體設計步驟如下a.計算發送信號的採樣信號的MVDR譜該算法要求主用戶發射機的發送信號是已知的，設發送信號為X (t)，以採樣頻率為fs赫茲(Hz)對x(t)進行採樣，採樣間隔為Ts秒，則發送信號的採樣信號為x(l)=x(lTs)，長為L的X(I)樣本自相關矩陣為I的階數為M，M的值由感知時間對算法複雜度的要求來確定。根據R計算χ(1)的MVDR譜(幻，k = O，"'L-I.b.計算接收信號的採樣信號的MVDR譜設認知用戶接收機接收到的信號為y(t)，以採樣頻率為fs赫茲(Hz)對y(t)進行採樣，則接收信號的採樣信號為y(I) =y(ITs);長為L的y(l)的樣本自相關矩陣為 γ，灸￥的階數為Μ。根據R;汁算Y⑴的MVDR譜戶益 (k), k = O, I,…，L-1.c.計算ti測統計量
權利要求
1.一種基於譜相關特徵的頻譜檢測方法，其特徵在於，包括步驟 A.計算發送信號的採樣信號的MVDR譜，要求主用戶發射機的發送信號是已知的，設發送信號為X (t)，以採樣頻率為fs赫茲(Hz)對x(t)進行採樣，採樣間隔為Ts秒，則發送信號的採樣信號為X(1)=X(1TS)，長為L的X(I)樣本自相關矩陣為Ejr, Ri的階數為M，M的值由感知時間對算法複雜度的要求來確定，根據，計算X⑴的MVDR譜k =O, I,…，L-I ； B.計算接收信號的採樣信號的MVDR譜，設認知用戶接收機接收到的信號為y(t)，以採樣頻率為fs赫茲(Hz)對y(t)進行採樣，則接收信號的採樣信號為y(l)=y(lTs)，長為L的y⑴的樣本自相關矩陣為Ay,焱￥的階數為M， 根據，計算I⑴的MVDR譜為仏^ (k), k = 0，1，…，L-I ； C.計算檢測統計量
全文摘要
本發明涉及一種認知無線電系統中基於譜相關特徵的頻譜檢測方法。用MVDR算法對主用戶發射機的發送信號和認知用戶接收機的接收信號進行譜估計，把收發信號MVDR譜的譜相關量作為檢測統計量，並求得滿足虛警概率條件下的門限，將該檢測統計量與門限進行比較，以此判定頻譜是否被佔用。該方法分為5個部分實現計算發送信號的採樣信號的MVDR譜；計算接收信號的採樣信號的MVDR譜；計算檢測統計量；計算滿足虛警概率Pf的門限值th；判斷頻譜是否被佔用。相對於現有的用周期圖法進行譜估計的相關檢測算法，本發明在能夠滿足IEEE 802.22標準對檢測時間要求的同時，進行譜估計的解析度更高，具有更好的頻譜檢測性能。
文檔編號H04B17/00GK102882617SQ20121038252
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月10日 優先權日2012年10月10日
發明者李莉, 張家凱, 凌洪濤, 李磊, 陳小丹 申請人:上海師範大學