專利名稱：一種基于譜相關(guān)特征的頻譜檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及認(rèn)知無線電頻譜檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種認(rèn)知無線電系統(tǒng)中基于譜相關(guān)特征的頻譜檢測方法。
背景技術(shù)：
隨著無線通信業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的靜態(tài)頻譜分配方式已經(jīng)極大阻礙了頻譜資源的利用率。認(rèn)知無線電技術(shù)(CR)作為一種頻譜再利用技術(shù)，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(dú)特的優(yōu)勢，已受到越來越多人的關(guān)注，并被普遍認(rèn)為是下一代無線通信網(wǎng)絡(luò)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。FCC (聯(lián)邦通信委員會)已經(jīng)為認(rèn)知無線設(shè)備開放了電視頻段，使其可以不斷地感知頻譜環(huán)境，動(dòng)態(tài)檢測未使用的頻段，在不對授權(quán)用戶造成干擾的前提下接入空閑頻段。IEEE 802. 22無線區(qū)域網(wǎng)(WRAN)工作組已經(jīng)起草了基于認(rèn)知無線電的空中接口標(biāo)準(zhǔn)，以便未授權(quán)的認(rèn)知用戶可以接入空閑的電視頻段。
頻譜感知是認(rèn)知無線電的關(guān)鍵技術(shù)之一。為避免對授權(quán)用戶造成干擾，F(xiàn)CC要求認(rèn)知用戶設(shè)備在檢測主用戶電視和語音信號時(shí)達(dá)到-IHdBm的靈敏度要求，并且要求頻譜感知算法至少在-ISdB的條件下可靠檢測到授權(quán)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(tǒng)的能量檢測和匹配濾波器檢測已不再適用。在主用戶發(fā)送信號特征已知的條件下，可以使用循環(huán)平穩(wěn)特性進(jìn)行檢測，但具有計(jì)算量大的缺點(diǎn)。基于此，有人提出了基于信號特征檢測的感知方案，把主用戶發(fā)射機(jī)的發(fā)送信號與認(rèn)知用戶接收機(jī)的接收信號的周期圖進(jìn)行相關(guān)，把譜相關(guān)量作為檢測統(tǒng)計(jì)量，然后把檢測統(tǒng)計(jì)量與滿足虛警概率條件下的門限比較進(jìn)行頻譜判決。然而，用周期圖法對信號進(jìn)行譜估計(jì)分辨率較低，分辨率受到信號長度的影響，其分辨率與信號采樣長度成正比，從而一定程度上制約了頻譜檢測的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種認(rèn)知無線電系統(tǒng)中改進(jìn)的基于譜相關(guān)特征的頻譜檢測方法。本發(fā)明首先用MVDR算法分別對主用戶發(fā)射機(jī)的發(fā)送信號和認(rèn)知用戶接收機(jī)的接收信號進(jìn)行譜估計(jì)，然后把發(fā)送信號與接收信號的MVDR譜進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算得到的譜相關(guān)量作為檢測統(tǒng)計(jì)量，并求得滿足虛警概率條件下的門限，最后將該檢測統(tǒng)計(jì)量與門限進(jìn)行比較，以此判定頻譜是否被占用。本發(fā)明用MVDR算法對主用戶發(fā)射機(jī)的發(fā)送信號和認(rèn)知用戶接收機(jī)的接收信號進(jìn)行譜估計(jì)，把收發(fā)信號MVDR譜的譜相關(guān)量作為檢測統(tǒng)計(jì)量，并求得滿足虛警概率條件下的門限，將該檢測統(tǒng)計(jì)量與門限進(jìn)行比較，以此判定頻譜是否被占用。該方法分為5個(gè)部分實(shí)現(xiàn)計(jì)算發(fā)送信號的采樣信號的MVDR譜；計(jì)算接收信號的采樣信號的MVDR譜；計(jì)算檢測統(tǒng)計(jì)量；計(jì)算滿足虛警概率Pf的門限值th ;判斷頻譜是否被占用。具體方法為A.計(jì)算發(fā)送信號的采樣信號的MVDR譜該算法要求主用戶發(fā)射機(jī)的發(fā)送信號是已知的，設(shè)發(fā)送信號為X(t)，以采樣頻率為fs赫茲(Hz)對x(t)進(jìn)行采樣，采樣間隔為Ts秒，則發(fā)送信號的采樣信號為X(1)=X(1TS)，長為L的X(I)樣本自相關(guān)矩陣為ip ^的階數(shù)為M，M的值由感知時(shí)間對算法復(fù)雜度的要求來確定。根據(jù)R計(jì)算x(l)的MVDR譜P^Lr^)^ = O, I, - ,L-1.B.計(jì)算接收信號的采樣信號的MVDR譜設(shè)認(rèn)知用戶接收機(jī)接收到的信號為y (t)，以采樣頻率為fs赫茲(Hz)對y(t)進(jìn)行采樣，則接收信號的采樣信號為y(I) =y(ITs);長為L的y(l)的樣本自相關(guān)矩陣為iY，焱、.的階數(shù)為M。根據(jù),計(jì)算y⑴的MVDR譜盧品^ (k), k = 0，1，…，L-LC.計(jì)算檢測統(tǒng)計(jì)量T1^ =— Σ M VO R (k)P^vnji
L A-=O D.計(jì)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(shù)(CDF)，F(xiàn)(·)是中心卡方分布的CDF。/^2，CT^2 ^和S，分別為主用戶不存在時(shí) 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(shù)，C1, C2分別是檢測統(tǒng)計(jì)量IY的累積生成函數(shù)的一、二階累積量。E.判斷頻譜是否被占用采用檢測統(tǒng)計(jì)量IY與滿足虛警概率Pf的門限值th進(jìn)行比較，以此判定該頻譜是否被占用，如果 Υ ^ th,則表明該頻譜被占用，反之，如果IY < th,則表明該頻譜沒被占用。綜上所述，本發(fā)明用MVDR算法對主用戶發(fā)射機(jī)的發(fā)送信號和認(rèn)知用戶接收機(jī)的接收信號進(jìn)行譜估計(jì)，把收、發(fā)信號MVDR譜的譜相關(guān)量作為檢查統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行頻譜判決，有效提高了頻譜檢測的性能。相對于現(xiàn)有的用周期圖法進(jìn)行譜估計(jì)的相關(guān)檢測算法，本發(fā)明在能夠滿足IEEE 802. 22標(biāo)準(zhǔn)對檢測時(shí)間要求的同時(shí)，進(jìn)行譜估計(jì)的分辨率更高，具有更好的頻譜檢測性能。使用現(xiàn)有技術(shù)的循環(huán)平穩(wěn)特性進(jìn)行檢測，其計(jì)算復(fù)雜度要遠(yuǎn)大于本發(fā)明給出的MVDR譜相關(guān)檢測算法。


圖I是本發(fā)明的基于譜相關(guān)特征的頻譜檢測方法流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述改進(jìn)的基于譜相關(guān)特征的頻譜檢測方法具體設(shè)計(jì)步驟如下a.計(jì)算發(fā)送信號的采樣信號的MVDR譜該算法要求主用戶發(fā)射機(jī)的發(fā)送信號是已知的，設(shè)發(fā)送信號為X (t)，以采樣頻率為fs赫茲(Hz)對x(t)進(jìn)行采樣，采樣間隔為Ts秒，則發(fā)送信號的采樣信號為x(l)=x(lTs)，長為L的X(I)樣本自相關(guān)矩陣為I的階數(shù)為M，M的值由感知時(shí)間對算法復(fù)雜度的要求來確定。根據(jù)R計(jì)算χ(1)的MVDR譜(幻，k = O，"'L-I.b.計(jì)算接收信號的采樣信號的MVDR譜設(shè)認(rèn)知用戶接收機(jī)接收到的信號為y(t)，以采樣頻率為fs赫茲(Hz)對y(t)進(jìn)行采樣，則接收信號的采樣信號為y(I) =y(ITs);長為L的y(l)的樣本自相關(guān)矩陣為 γ，灸￥的階數(shù)為Μ。根據(jù)R;汁算Y⑴的MVDR譜戶益 (k), k = O, I,…，L-1.c.計(jì)算ti測統(tǒng)計(jì)量
權(quán)利要求
1.一種基于譜相關(guān)特征的頻譜檢測方法，其特征在于，包括步驟 A.計(jì)算發(fā)送信號的采樣信號的MVDR譜，要求主用戶發(fā)射機(jī)的發(fā)送信號是已知的，設(shè)發(fā)送信號為X (t)，以采樣頻率為fs赫茲(Hz)對x(t)進(jìn)行采樣，采樣間隔為Ts秒，則發(fā)送信號的采樣信號為X(1)=X(1TS)，長為L的X(I)樣本自相關(guān)矩陣為Ejr, Ri的階數(shù)為M，M的值由感知時(shí)間對算法復(fù)雜度的要求來確定，根據(jù)，計(jì)算X⑴的MVDR譜k =O, I,…，L-I ； B.計(jì)算接收信號的采樣信號的MVDR譜，設(shè)認(rèn)知用戶接收機(jī)接收到的信號為y(t)，以采樣頻率為fs赫茲(Hz)對y(t)進(jìn)行采樣，則接收信號的采樣信號為y(l)=y(lTs)，長為L的y⑴的樣本自相關(guān)矩陣為Ay,焱￥的階數(shù)為M， 根據(jù)，計(jì)算I⑴的MVDR譜為仏^ (k), k = 0，1，…，L-I ； C.計(jì)算檢測統(tǒng)計(jì)量
全文摘要
本發(fā)明涉及一種認(rèn)知無線電系統(tǒng)中基于譜相關(guān)特征的頻譜檢測方法。用MVDR算法對主用戶發(fā)射機(jī)的發(fā)送信號和認(rèn)知用戶接收機(jī)的接收信號進(jìn)行譜估計(jì)，把收發(fā)信號MVDR譜的譜相關(guān)量作為檢測統(tǒng)計(jì)量，并求得滿足虛警概率條件下的門限，將該檢測統(tǒng)計(jì)量與門限進(jìn)行比較，以此判定頻譜是否被占用。該方法分為5個(gè)部分實(shí)現(xiàn)計(jì)算發(fā)送信號的采樣信號的MVDR譜；計(jì)算接收信號的采樣信號的MVDR譜；計(jì)算檢測統(tǒng)計(jì)量；計(jì)算滿足虛警概率Pf的門限值th；判斷頻譜是否被占用。相對于現(xiàn)有的用周期圖法進(jìn)行譜估計(jì)的相關(guān)檢測算法，本發(fā)明在能夠滿足IEEE 802.22標(biāo)準(zhǔn)對檢測時(shí)間要求的同時(shí)，進(jìn)行譜估計(jì)的分辨率更高，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(yōu)先權(quán)日2012年10月10日
發(fā)明者李莉, 張家凱, 凌洪濤, 李磊, 陳小丹 申請人:上海師范大學(xué)