基于頻域的頻譜感知方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于頻域的頻譜感知方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 頻譜感知的可W采用二元假設(shè)模型： nit) M.任
[0003] x(t}= ks(f)+m(i) 巧、
[0004] 其中h表示信道增益，對于高斯白噪聲信道，h= 1。所謂的頻域頻譜感知就是根 據(jù)接收信號X(t)的功率譜判斷是否有信號s(t)，如圖1所示。 陽0化]通過圖1很容易判斷在固定頻點(diǎn)（頻段）上有無信號存在，有無信號的區(qū)別在于 估計(jì)譜上是否有突起。正符合信號中H。和H1二元假設(shè)，也即可W通過信號的頻域特性進(jìn)行 頻譜感知。
[0006] 雖然從圖上可W很容易判斷有無信號，實(shí)際中還是要通過口限進(jìn)行比較。一般 而言，對于給定的虛警概率，可W反推出口限值（虛警概率和檢測概率都與口限有直接關(guān) 系），根據(jù)口限值進(jìn)而得到檢測概率，整個流程如圖2所示。從圖可W看出，基于頻域的頻譜 感知方法的核屯、是功率譜估計(jì)。功率譜估計(jì)主要有周期圖法W及Bartlett法，根據(jù)相關(guān)文 獻(xiàn)可知基于周期圖進(jìn)行譜估計(jì)，性能較差，因此對其進(jìn)行改進(jìn)引入了己特萊特法度artlett 法）的功率譜估計(jì)W便減小周期圖估計(jì)方差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的基于周期圖進(jìn)行譜估計(jì)得到的周期圖估計(jì)方差 存在誤差的問題，而提出一種基于頻域的頻譜感知方法。
[0008] 一種基于頻域的頻譜感知方法，所述方法通過W下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0009] 步驟一、對接收信號進(jìn)行下變頻操作，變換為中頻信號，再對中頻信號進(jìn)行采樣；
[0010] 步驟二、將步驟一采樣得到的具有N點(diǎn)的數(shù)據(jù)序列分為K個數(shù)據(jù)段，每個數(shù)據(jù)段具 有M點(diǎn)數(shù)據(jù)；
[0011] 步驟=、基于快速傅里葉變換的己特萊特法，對每個具有M點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段進(jìn)行 周期圖功率譜估計(jì)；
[0012] 步驟四、求取步驟=得到的周期圖功率譜估計(jì)結(jié)果的平均值，即得到己特萊特法 的功率譜估計(jì)值；
[0013] 步驟五、選出己特萊特法的功率譜估計(jì)值的最大值；并確定出判決口限；
[0014] 步驟六、將步驟五選出的己特萊特法的功率譜估計(jì)值的最大值作為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量， 并將其和與判決口限進(jìn)行對比，作出頻譜感知結(jié)果的判定：
[0015] 若功率譜的最大值大于判決口限，則信道內(nèi)有主用戶信號；
[0016] 若功率譜的最大值小于判決口限，則信道內(nèi)無主用戶信號。
[0017] 本發(fā)明的有益效果為：
[0018] 由于Bartlett法的優(yōu)良統(tǒng)計(jì)特性，因此本發(fā)明選用Bartlett法作為功率譜的計(jì) 算法方法，對接收信號進(jìn)行功率譜估計(jì)后，會得到許多離散頻率點(diǎn)的功率譜，因此選擇那個 點(diǎn)作為判斷依據(jù)是本發(fā)明第一個需要考慮的問題。根據(jù)檢測原理可知，檢測性能的好壞取 決于選擇檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的信號比，根據(jù)FFT的性質(zhì)可知，采用FFT計(jì)算信號的頻譜進(jìn)而采用 Bartlett法進(jìn)行功率譜估計(jì)，會得到M點(diǎn)的功率譜，其中必存在一個最大值，它所對應(yīng)的頻 率成分所占有的信號的功率最大。根據(jù)高斯白噪聲的性質(zhì)可知，對高斯白噪聲進(jìn)行傅里葉 變換后，由于傅里葉變換為線性變換，所W在每個頻率點(diǎn)得到的噪聲隨機(jī)變量仍然是高斯 白噪聲，每個頻率點(diǎn)的方差相等，因此每個頻率點(diǎn)的噪聲的功率相等，因此M點(diǎn)中最大功率 譜點(diǎn)對應(yīng)的信噪比最大，因此選擇M點(diǎn)功率譜中最大值點(diǎn)的值作為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量。此時，二元 假設(shè)模型變?yōu)椋?「?！?。1巧 侶沿C/)<r'巧。
[0020] 其中冊表示信號不存在，Hl表示信號存在，丫表示判決口限。
[0021] 在選擇好頻率點(diǎn)后，確定判決口限口限。并把選取功率譜最大值作為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量， 把該值的和與判決口限進(jìn)行對比，如果大于口限，則信道內(nèi)有信號，如果小于判決口限，貝U 信道內(nèi)無信號。運(yùn)種利用接收信號功率譜最大值進(jìn)行頻譜感知的方法，大大提高了頻譜感 知在低信噪比下的檢測能力。
[0022] 本發(fā)明利用信號功率譜的能量集中性質(zhì)對信號進(jìn)行檢測，和時域能量感知相比可 W明顯提高了低信噪比情況下頻譜感知的準(zhǔn)確性。本發(fā)明方法估計(jì)的方差減小為周期圖的 1/K。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明【背景技術(shù)】設(shè)及基于譜估計(jì)的感知原理圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明【背景技術(shù)】設(shè)及的基于頻域的頻譜感知流程圖； 陽0巧]圖3為本發(fā)明設(shè)及的Bartlett實(shí)現(xiàn)框圖；
[00%] 圖4為本發(fā)明設(shè)及的理論口限值圖；
[0027] 圖5為本發(fā)明設(shè)及的虛警概率與FFT點(diǎn)數(shù)的關(guān)系；圖中，橫坐標(biāo)thrshold表示口 限值，縱坐標(biāo)表示虛警概率；
[0028] 圖6為本發(fā)明設(shè)及的虛警概率和噪聲方差的關(guān)系圖；圖中，橫坐標(biāo)t虹Shold表示 口限值，縱坐標(biāo)表示檢測概率；
[0029] 圖7為本發(fā)明設(shè)及的檢測概率與數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)之間的關(guān)系圖；其中，橫坐標(biāo)SNR表示信 噪比，單位為地，縱坐標(biāo)表示檢測概率；
[0030] 圖8為本發(fā)明設(shè)及的Bartlett法檢測概率與數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)和分段數(shù)的關(guān)系；其中，橫 坐標(biāo)SNR表示信噪比，單位為地，縱坐標(biāo)表示檢測概率；
[0031] 圖9為本發(fā)明設(shè)及的Bartlett法檢測概率與虛警概率和數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)的關(guān)系；其中， 橫坐標(biāo)SNR表示信噪比，單位為地，縱坐標(biāo)表示檢測概率；
[0032] 圖10為本發(fā)明設(shè)及的檢測概率與數(shù)據(jù)長度的關(guān)系；其中，橫坐標(biāo)SNR表示信噪比， 單位為地，縱坐標(biāo)表示檢測概率；
[0033] 圖11為本發(fā)明設(shè)及的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0034] 一：
[0035] 本實(shí)施方式的基于頻域的頻譜感知方法，如圖11所示，所述方法通過W下步驟實(shí) 現(xiàn)：
[0036] 步驟一、對接收信號進(jìn)行下變頻操作，變換為中頻信號，再對中頻信號進(jìn)行采樣；
[0037] 步驟二、將步驟一采樣得到的具有N點(diǎn)的數(shù)據(jù)序列分為K個數(shù)據(jù)段，每個數(shù)據(jù)段具 有M點(diǎn)數(shù)據(jù)；
[0038] 步驟S、基于快速傅里葉變換（FFT)的己特萊特法度artlett法），對每個具有M 點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段進(jìn)行周期圖功率譜估計(jì)；
[0039] 步驟四、求取步驟=得到的周期圖功率譜估計(jì)結(jié)果的平均值，即得到己特萊特法 度artIett法）的功率譜估計(jì)值；
[0040] 步驟五、選出己特萊特法度artlett法）的功率譜估計(jì)值的最大值；并確定出圖4 所示的判決口限；
[0041] 步驟六、將步驟五選出的己特萊特法度artlett法）的功率譜估計(jì)值的最大值作 為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，并將其和與判決口限進(jìn)行對比，作出頻譜感知結(jié)果的判定：
[0042] 若功率譜的最大值大于判決口限，則信道內(nèi)有主用戶信號；
[0043] 若功率譜的最大值小于判決口限，則信道內(nèi)無主用戶信號
【具體實(shí)施方式】 [0044] 二：
[0045] 與【具體實(shí)施方式】一不同的是，本實(shí)施方式的基于頻域的頻譜感知方法，步驟一所 述對中頻信號進(jìn)行采樣時，按照滿足奈奎斯特采樣定理的采樣頻率進(jìn)行采樣。
【具體實(shí)施方式】 [0046] =:
[0047] 與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是，本實(shí)施方式的基于頻域的頻譜感知方法，步驟 =所述對每個具有M點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段進(jìn)行周期圖功率譜估計(jì)的過程為，利用基于快速傅里 葉變換腫T)的己特萊特法度artlett法）估計(jì)信號的功率譜，N點(diǎn)數(shù)據(jù)序列被分為K個 不重疊的數(shù)據(jù)段，每個數(shù)據(jù)段表示為：
[0048] Xi(n) =X(n+iM),i= 0, 1，. . .K-I;n= 0, 1，. . .M-I;
[0049] 其中，Xi(n)表示每個數(shù)據(jù)段，n表示每個分段中數(shù)據(jù)的序號，i表示每個數(shù)據(jù)段的 序號，K表示數(shù)據(jù)段個數(shù)；M表示每個數(shù)據(jù)段中含有數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)；
[0050] 通過下式計(jì)算每一段數(shù)據(jù)段周期圖：
[0052] 最后，對K個周期圖進(jìn)行平均得到己特萊特法功率譜估計(jì)，如下：

【具體實(shí)施方式】 [0054] 四：
[0055] 與【具體實(shí)施方式】=不同的是，本實(shí)施方式的基于頻域的頻譜感知方法，步驟四所 述得功率譜估計(jì)方法的均值為：
[0057] 其中，E表示均值計(jì)算符號；
[0058] 即功率譜估計(jì)方法和周期圖估計(jì)方法的均值是相同的，也是真實(shí)譜密度的漸進(jìn)無 偏估