一種低信噪比條件下的基於最佳隨機共振的頻譜感知方法

2023-07-21 22:06:01 1

一種低信噪比條件下的基於最佳隨機共振的頻譜感知方法
【專利摘要】本發明公開了一種低信噪比條件下的基於最佳隨機共振的頻譜感知方法，包括：認知用戶採樣步長h以及隨機共振系統參數b初始值設定。認知用戶將採樣信號送往融合中心。融合中心依據採樣數據計算得到混合信號方差，再計算並調整隨機共振系統參數a，使隨機共振系統與認知用戶採集的低信噪比混合信號達到最佳匹配。融合中心對最佳隨機共振系統的輸出信號進行FFT快速傅立葉變換，並利用認知無線電頻譜感知算法對輸出信號進行檢測，判斷主用戶信號是否存在。通過本發明提出的方法，隨機共振系統可以根據環境噪聲自適應地改變系統參數，有效地解決了微弱信號的檢測問題。
【專利說明】一種低信噪比條件下的基於最佳隨機共振的頻譜感知方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種適用於低信噪比環境、在認知無線電中利用隨機共振原理進行頻譜感知的方法。
[0003]
【背景技術】
[0004]無線通信頻譜是一種非常寶貴的自然資源，一般由政府授權使用。無線頻譜分配方法是將某一段頻譜固定地授權給一個用戶。隨著無線業務的發展，無線頻譜資源漸漸匱乏，固定式頻譜分配的弊端不斷顯現。在實際應用中，頻率需求非常緊張的主要集中在頻帶為300MHz-3GHz的無線頻帶中，一些頻帶大部分時間內並沒有用戶使用，另外有一些偶爾才被佔用，而其他一些頻帶的使用則相對很頻繁。如何提高頻譜利用率成為人們非常關注的技術問題。因此提出了在認知無線電技術，通過機會性的接入空閒地授權頻段並且不對授權用戶產生幹擾的方法來解決頻譜使用率不高的問題。
[0005]認知無線電(Cognitive Radio,CR)概念由Joseph Mitola博士提出，其主導思想是實現伺機的動態頻譜接入，即認知用戶通過檢測，選擇性地接入已分配給主用戶、但暫時未被使用的空閒頻段；一旦主用戶重新接入該頻段，認知用戶則迅速退出信道。通過認知無線電技術可以動態地增加網絡和用戶的可用頻譜總數，從而為頻譜分配提供了一個可能的解決方案，同時可為網絡及其終端提供更高的靈活度，所以認知無線電對無線通信研究來說具有較大的意義。
[0006]頻譜感知是認知無線電最基本同時也是最關鍵的技術。目前，頻譜感知面臨的最大挑戰之一是如何對微弱信號進行檢測，或者說，如何提高採樣微弱信號的信噪比。低信噪比環境下，頻譜檢測的性能會大幅降低，將隨機共振(Stochastic Resonance, SR)引入到認知無線電頻譜感知中可有效解決微弱信號的檢測問題。隨機共振是物理中的一種非線性現象，最初是由Benzi等人在研究古氣象冰川問題時提出來的。這種現象是指當一個非線性系統的參數與輸入的周期主用戶信號和環境噪聲之間滿足一定匹配關係時，噪聲的能量就會向周期主用戶信號的能量轉移，使得輸出信號與輸入信號相比信噪比有所提高。這就相當於將主用戶信號「放大」的同時將環境噪聲「縮小」，可以有效地提高頻譜感知性能，解決微弱信號難以檢測且檢測概率較低的問題。近年來，隨機共振被廣泛應用在各種信號處理領域。目前，利用隨機共振提升認知無線電頻譜感知性能的研究還比較少，已有的研究主要集中在能量檢測、方差矩陣檢測、循環平穩特徵檢測和協作檢測中。
[0007]

【發明內容】

[0008]技術問題:本發明的目的是提供一種可以解決在環境噪聲較大的情況下，微弱主用戶信號難以檢測且檢測概率較低的問題，提高隨機共振系統對環境噪聲適應性的低信噪比條件下的基於最佳隨機共振的頻譜感知方法。
技術方案:本發明的方法是一種策略性的方法，隨機共振系統通過對環境的動態感知，動態調整系統參數，使經過處理的認知用戶採樣信號信噪比得到最大化的提高。
[0009]根據圖1所示的本發明認知系統的感知場景示意圖，假設認知單元中有多個分布在不同地理位置上的認知用戶SU以及多個不同位置的主用戶PU，本發明的低信噪比條件下的基於最佳隨機共振的頻譜感知方法，包括以下步驟:
1)對於低頻主用戶信號，設定認知用戶採樣步長A以及隨機共振系統參數&其中0〈h〈0.5 秒，0〈b〈2 ；
2)認知用戶採集主用戶信號s(t)和環境噪聲 (t)混合信號的採樣數據，然後將其送往融合中心；
3)融合中心依據採樣數據計算混合信號的方差σ/，然後將所述混合信號的方差Qs2作為環境噪聲方差σ 2 ；
4)融合中心根據環境噪聲方差σ2根據下式計算最佳隨機共振系統參數a:
【權利要求】
1.一種低信噪比條件下的基於最佳隨機共振的頻譜感知方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟: O對於低頻主用戶信號，設定認知用戶採樣步長A和隨機共振系統參數&其中0〈h〈0.5 秒，0〈b〈2 ； 2)認知用戶採集主用戶信號s(t)和環境噪聲(t)混合信號的採樣數據，然後將其送往融合中心； 3)融合中心依據採樣數據計算混合信號的方差σ/，然後將所述混合信號的方差Qs2作為環境噪聲方差σ 2 ； 4)融合中心根據環境噪聲方差σ2根據下式計算最佳隨機共振系統參數a:
a = -Jia1Iib , 然後更新已有的最佳隨機共振系統參數a，使隨機共振系統與認知用戶採集的低信噪比混合信號達到最佳匹配； 5)隨機共振系統根據下式計算得到最佳隨機共振系統輸出信號x(t): 其中，χ為隨機共振系統輸出信號x(t)的簡稱，t為認知用戶的採樣時間； 6)融合中心對所述最佳隨機共振系統輸出信號x(t)進行快速傅立葉變換，然後利用頻譜感知算法對最佳隨機共振系統輸出信號x(t)進行檢測，判斷出主用戶信號是否存在。
【文檔編號】H04B17/00GK103475431SQ201310405006
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月9日 優先權日:2013年9月9日
【發明者】張登銀, 孫輝, 王雪梅, 程春玲 申請人:南京郵電大學