一種用于認知無線電系統(tǒng)的模擬電視信號檢測方法
【專利摘要】認知無線電系統(tǒng)中的模擬電視信號檢測方法，屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明由認知用戶首先將接收到的信號進行離散化處理，然后從接收信號序列中截取兩段長度等于模擬電視信號中行消隱間隔Np的滑動窗口(兩段滑動窗口間距為模擬電視信號行同步脈沖周期長度Nl)進行滑動自相關(guān)，并將滑動自相關(guān)結(jié)果進行M次疊加，最后將M次疊加結(jié)果的最高峰模值與檢測閾值進行比較，當最高峰模值大于檢測閾值時，判定接收信號為模擬電視信號。本發(fā)明利用模擬電視信號中周期性含有相關(guān)性較強的行消隱間隔的特性，對接收到的信號進行滑動自相關(guān)計算來判定接收到的信號是否為模擬電視信號，實現(xiàn)了認知無線電用戶在認知無線電環(huán)境中對對模擬電視信號的快速、準確地檢測。
【專利說明】—種用于認知無線電系統(tǒng)的模擬電視信號檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及認知無線電通信技術(shù)，尤其涉及模擬電視無線傳輸頻段的認知無線電通信系統(tǒng)與方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球范圍內(nèi)移動用戶數(shù)的快速增長、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的迅猛發(fā)展以及便攜式計算機設備的廣泛使用，通信系統(tǒng)對無線頻譜資源的需求也在不斷增加，從而導致無線頻譜資源越來越緊張，可用頻譜的缺乏已經(jīng)成為高性能無線通信技術(shù)發(fā)展的嚴重障礙。然而從近年的一些研究結(jié)果可以看到，頻譜資源的缺乏不是真正意義上的頻譜不足，更多是因為現(xiàn)有的頻譜管理和分配政策不合理造成的。2004年FCC對美國頻譜使用情況測量結(jié)果顯示，在任意時刻和位置授權(quán)的VHF/UHF電視頻段(54MHz?806MHz)僅有5.2%的頻譜在被使用，VHF/UHF電視頻段擁有大量的空白電視頻段。為有效緩解頻譜利用率低下和頻譜資源緊缺這一現(xiàn)狀，認知無線電技術(shù)應運而生。
[0003]認知無線電技術(shù)可以實現(xiàn)在不影響授權(quán)用戶正常通信的前提下，允許非授權(quán)用戶使用時間或空間上相對空閑的頻譜資源，實現(xiàn)頻譜資源的重復利用。認知無線電技術(shù)受到了各組織在政策上的支持。2004年5月美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)發(fā)布了電視頻譜資源再利用的提案，計劃開放VHF/UHF電視頻段給具有認知功能的無線通信設備使用。同年11月基于認知無線電技術(shù)的IEEE802.22工作組成立并提出，在認知無線電系統(tǒng)中，具有認知功能的用戶在不影響VHF/UHF電視頻段已有授權(quán)用戶的前提下，可以對空白電視頻段加以使用。
[0004]認知無線電系統(tǒng)是一種智能的無線通信系統(tǒng)，通過對通信終端進行感知，學習周圍無線通信環(huán)境變化后，自適應調(diào)整通信規(guī)則，以適應所處通信環(huán)境，實現(xiàn)對無線頻譜的動態(tài)分配，從而提高頻譜的利用率。為了上述過程可以順利進行，認知無線電系統(tǒng)需要具備以下關(guān)鍵技術(shù):頻譜感知技術(shù)、動態(tài)頻譜管理技術(shù)、無線資源分配技術(shù)和系統(tǒng)高層技術(shù)以及自優(yōu)化、自配置的技術(shù)。
[0005]頻譜感知技術(shù)是認知無線電實現(xiàn)的前提，也是其最核心的技術(shù)。頻譜感知主要有兩個基本任務，首先是從時間、頻率或空間等多個維度能檢測到可用的頻段，用以傳輸認知用戶的數(shù)據(jù)；其次是準確地檢測授權(quán)用戶是否出現(xiàn)，一旦檢測到授權(quán)用戶出現(xiàn)，必須退出該頻段以避免對授權(quán)用戶造成干擾，同時再通過調(diào)整自身的工作參數(shù)以切換到其他頻段或其他方式進行通信。
[0006]頻譜感知的核心任務是檢測出授權(quán)用戶信號是否存在，根據(jù)是否采用協(xié)作的方式可以分為本地獨立頻譜感知和多用戶協(xié)作頻譜感知兩大類。獨立頻譜感知是認知用戶通過分析檢測到的信號中是否存在授權(quán)用戶信號來判斷頻譜的使用狀態(tài)。協(xié)作頻譜感知是將多個認知用戶獨立檢測的結(jié)果進行合并處理，進行信息融合，從而更準確地判斷授權(quán)用戶是否存在。所以，獨立頻譜感知是實現(xiàn)協(xié)作頻譜感知的基礎，所以對獨立頻譜感知進行研究，具有重要意義。
[0007]VHF/UHF電視頻段的授權(quán)用戶主要為模擬電視信號和數(shù)字電視信號。世界上使用的彩色電視廣播制式有NTSC、PAL、SECAM制。我國模擬電視信號采用的是PAL制式，PAL制式的模擬電視信號采用殘留邊帶調(diào)幅方式。PAL制式的模擬電視信號由色度、亮度、同步和消隱等信號混合而成，參與混合的各種信號均保持著獨立性，便于分離。圖1為PAL制式模擬電視信號時域波形，行同步周期為64us，在一個行同步周期，有行消隱間隔以及視頻信號。行消隱間隔為12us，模擬電視信號在行消隱間隔中包括了前/后沿，行同步脈沖和副載波脈沖串。其中行同步脈沖的寬度為4.7us。對靜止的圖像而言，模擬電視信號以幀為周期重復，其行間相關(guān)性較大；對活動的圖像而言，模擬電視信號為非周期信號，但因為行同步脈沖仍然具有周期性，所以模擬電視信號的行間仍具有較強相關(guān)性。
[0008]針對模擬電視信號，目前在認知無線電系統(tǒng)中常用的獨立頻譜感知方法主要有能量檢測、循環(huán)平穩(wěn)檢測。能量檢測算法簡單，易實現(xiàn)，在實際應用中表現(xiàn)良好特性。能量檢測雖然可以對信號的出現(xiàn)進行判決，但是不能對不同類型的信號加以區(qū)分。因此能量檢測無法判斷接收到的信號是來自授權(quán)用戶還是噪聲或干擾，所以判決容易受到其他信號的影響，在信噪比低的條件下，會導致對授權(quán)用戶的檢測概率下降。循環(huán)平穩(wěn)特征檢測無需知道信號的先驗信息而且能夠區(qū)分噪聲和有用信號，和能量檢測相比對授權(quán)用戶有較好的檢測性能。但是，循環(huán)平穩(wěn)特征檢測需要對接收到的信號的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)或譜相關(guān)函數(shù)進行估計，所以所需的計算量較大，算法也比較復雜，并且需要較長的觀測時間，很難達到認知無線電系統(tǒng)所要求的性能。
[0009]由上述背景可知，在實際的感知環(huán)境中，傳統(tǒng)的獨立頻譜感知方法都面臨感知靈敏度的問題，使得檢測性能很難達到認知無線電系統(tǒng)的要求。在認知無線電系統(tǒng)中，為了提高頻譜利用率并保證不對授權(quán)用戶造成干擾，對認知用戶的感知靈敏度要求比較高，而傳統(tǒng)的獨立頻譜感知面臨著檢測時間和頻譜利用率之間的矛盾，所以傳統(tǒng)的獨立頻譜感知很難滿足系統(tǒng)的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明針對現(xiàn)有認知無線電頻譜感知技術(shù)中獨立頻譜感知方法感知靈敏度較低，使得檢測性能很難達到認知無線電系統(tǒng)的要求的技術(shù)問題，結(jié)合模擬電視信號具有周期的行同步脈沖的特點，本專利提出一種用于認知無線電系統(tǒng)的模擬電視信號檢測方法。該方法可以提高認知用戶的感知靈敏度，并在低信噪比的條件下，實現(xiàn)對授權(quán)用戶速度更快，準確度更高的檢測。
[0011]本發(fā)明技術(shù)方案如下:
[0012]一種用于認知無線電系統(tǒng)的模擬電視信號檢測方法，如圖2所示，包括以下步驟:
[0013]步驟1:認知無線電用戶在頻譜感知或使用目標頻段過程中，周期性的接收在認知環(huán)境下的目標模擬電視頻段信號，將該信號記為接收信號X(t);
[0014]步驟2:對步驟I所述接收信號進行離散化處理，離散化處理的采樣周期為Ts ;設離散化處理后的接收信號序列為r (η)；
[0015]步驟3:在接收信號序列r (η)中固定一段長度為Np的信號序列段χ(η)，同時在接收信號序列r (η)中確定另一段與信號序列段χ(η)間隔長度為N1的信號序列段χ(n+隊)，然后將兩段信號序列段進行滑動相關(guān)計算，結(jié)果即為R(n):

【權(quán)利要求】
1.一種用于認知無線電系統(tǒng)的模擬電視信號檢測方法，包括以下步驟: 步驟1:認知無線電用戶在頻譜感知或使用目標頻段過程中，周期性的接收在認知環(huán)境下的目標模擬電視頻段信號，將該信號記為接收信號X(t)； 步驟2:對步驟I所述接收信號進行離散化處理，離散化處理的采樣周期為Ts ;設離散化處理后的接收信號序列為r (η)； 步驟3:在接收信號序列r (η)中固定一段長度為Np的信號序列段χ(η)，同時在接收信號序列r(n)中確定另一段與信號序列段x(n)間隔長度為N1的信號序列段x(n+隊)，然后將兩段信號序列段進行滑動相關(guān)計算，結(jié)果即為R(n):
其中:k = O, 1,2...，Np-1 ；n = 0，1,2...,N1-1 ；x* (n+k)表示信號序列段 x (n+k)的共軛轉(zhuǎn)置，N1為模擬電視信號中行同步脈沖周期的長度，Np為滑動相關(guān)窗長度、且等于模擬電視信號中行消隱間隔的長度，且N1^N1 ； 步驟4 =N1整數(shù)倍地改變 η的值，重復執(zhí)行步驟3，計算M次滑動相關(guān)計算結(jié)果的累加值A (η):
其中M為大于等于2的正整數(shù)； 步驟5:對步驟4所得相關(guān)結(jié)果A (η)的最高峰的模值max (I Α(η))作為檢測統(tǒng)計量； 步驟6:根據(jù)檢測理論NP準則中虛警概率pf和門限λ的關(guān)系式:
通過設定虛警概率得到適當?shù)貦z測門限λ ;其中Q2w為噪聲平均功率； 步驟7:將檢測統(tǒng)計量max (IA (η) |)和檢測門限λ作比較，若max (| A (η) |) > λ，則判斷檢測到模擬電視信號；Smax(|A(n) ) ( λ，則判斷未檢測到模擬電視信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于認知無線電系統(tǒng)的模擬電視信號檢測方法，其特征在于，步驟4中所述8≤M≤12。
【文檔編號】H04W24/00GK104168589SQ201410401328
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月15日
【發(fā)明者】劉光輝, 朱婧, 朱美松, 吳頂頂 申請人:電子科技大學