專(zhuān)利名稱(chēng)：一種認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)的頻譜檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)中的頻譜檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，多種無(wú)線(xiàn)通信接入方式并存，無(wú)線(xiàn)用戶(hù)數(shù)量急劇 增加，從而導(dǎo)致了無(wú)線(xiàn)電頻譜資源日益緊張。無(wú)線(xiàn)電頻譜作為一種寶貴的不可再生資源，目 前由政府部門(mén)授權(quán)使用，一般分配特定的授權(quán)頻段(LFB，Licensed Frequency Band)以供 不同的通信業(yè)務(wù)使用，這樣可以給相應(yīng)的通信業(yè)務(wù)提供良好的保護(hù)。但是，某一特定頻段一 旦授權(quán)分配給了某個(gè)用戶(hù)(授權(quán)用戶(hù))，其他的非授權(quán)用戶(hù)(次級(jí)用戶(hù))就不能再使用該頻 段，即使該授權(quán)頻段上此時(shí)并沒(méi)有被授權(quán)用戶(hù)使用。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)分配的3GHz以下 的頻譜資源中多達(dá)70%未被充分利用。由此可見(jiàn)，這種靜態(tài)頻譜分配的機(jī)制限制了空閑頻 譜的有效利用，極大地浪費(fèi)了頻譜的效率。為了解決無(wú)線(xiàn)電頻譜資源匱乏的問(wèn)題，基本思路就是盡量提高現(xiàn)有頻譜的利用 率。為此，人們提出了認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電(CR，Cognitive Radio)的概念。認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電的基本 出發(fā)點(diǎn)就是為了提高頻譜利用率，具有認(rèn)知功能的無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備可以按照某種“伺機(jī) (Opportunistic Way) ”的方式工作在已授權(quán)的頻道內(nèi)。當(dāng)然，這一定要建立在已授權(quán)頻段 沒(méi)用或只有很少的通信業(yè)務(wù)在活動(dòng)的情況下。這種在空域、時(shí)域和頻域中出現(xiàn)的可以被利 用的頻譜資源被稱(chēng)為“頻譜空洞”。認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電的核心思想就是使無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備具有發(fā)現(xiàn) “頻譜空洞”并合理利用的能力。認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，作為一種可探測(cè)頻譜空穴、可高效利用無(wú)線(xiàn)電頻譜的智能頻譜 共享技術(shù)，越來(lái)越受到通信界的廣泛關(guān)注。組建認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)需要的核心技術(shù)之一是 頻譜檢測(cè)技術(shù)，在認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)中，通過(guò)頻譜檢測(cè)技術(shù)探測(cè)到頻譜空穴，使得未授權(quán)用戶(hù) (次級(jí)用戶(hù))可以利用該空閑頻段進(jìn)行業(yè)務(wù)通信，同時(shí)，一旦在該授權(quán)頻段上檢測(cè)到授權(quán)用 戶(hù)的到來(lái)，次級(jí)用戶(hù)應(yīng)立刻放棄使用該段頻譜，以避免對(duì)授權(quán)用戶(hù)產(chǎn)生干擾。從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài) 的頻譜接入，以提高無(wú)線(xiàn)電頻譜利用效率。目前，頻譜檢測(cè)技術(shù)主要是本地頻譜檢測(cè)和協(xié)作頻譜檢測(cè)兩個(gè)主要方面。傳統(tǒng)的 本地檢測(cè)方法有匹配濾波檢測(cè)、能量檢測(cè)、周期特性檢測(cè)、協(xié)方差矩陣法等等。這些算法各 有優(yōu)缺點(diǎn)，比如匹配濾波算法檢測(cè)時(shí)間短，但是需要知道授權(quán)用戶(hù)的先驗(yàn)信息，需要精確 同步；能量檢測(cè)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，不需要先驗(yàn)信息，但是其對(duì)噪聲不確定性敏感；周期特性檢測(cè)可 以區(qū)分噪聲和信號(hào)類(lèi)型，以及干擾，檢測(cè)靈敏度高，但是其檢測(cè)計(jì)算復(fù)雜度高，而且需要授 權(quán)用戶(hù)信號(hào)具有周期平穩(wěn)特性；基于協(xié)方差矩陣的絕對(duì)值法(CAV，Covariance Absolute Value)可以很好地克服噪聲不確定度和先驗(yàn)知識(shí)缺乏等問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中能取得 較好的檢測(cè)效果。基于協(xié)方差絕對(duì)值法的頻譜檢測(cè)具有較高的檢測(cè)性能，通常在信噪比很 低的情況下也可以檢測(cè)出授權(quán)用戶(hù)的存在，具體參考文獻(xiàn)為=Yonghong Zeng, Ying-Chang Liang.Covariance Based Signal Detections For Cognitive Radio. DySPAN 2007.2ndIEEE International Symposium,202-207.在實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境中，由于無(wú)線(xiàn)信道的衰落、信道的噪聲不確定度以及授權(quán)用戶(hù) 先驗(yàn)知識(shí)的缺乏，上面提到的單個(gè)感知方法都不很適用。而且由于通信業(yè)務(wù)種類(lèi)繁多，針對(duì) 特定的通信業(yè)務(wù)在低信噪比情況下授權(quán)用戶(hù)接收機(jī)將很難接收解調(diào)。比如在某區(qū)域的某 一電視頻段上，認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)中通過(guò)本地檢測(cè)出信噪比很低的授權(quán)用戶(hù)信號(hào)——電視信 號(hào)，該信號(hào)實(shí)際上是由相鄰區(qū)域泄露過(guò)來(lái)的，但是由于此時(shí)本地檢測(cè)算法的檢測(cè)性能超過(guò) 了電視接收機(jī)的接收靈敏度范圍，電視接收機(jī)將無(wú)法解調(diào)接收該電視信號(hào)。而目前，中心節(jié) 點(diǎn)的聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)研究的重點(diǎn)在于提高檢測(cè)性能和降低算法復(fù)雜度，卻忽略了實(shí)際應(yīng)用中 接收機(jī)在低信噪比下能否正常接收的問(wèn)題。所以在這種情況下，中心節(jié)點(diǎn)把本地檢測(cè)算法 檢測(cè)出的信噪比很低的授權(quán)頻段視為被授權(quán)用戶(hù)所占用，實(shí)際上同樣會(huì)造成無(wú)線(xiàn)電頻譜利 用率的降低。因此，認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)的中心節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行信息融合的時(shí)候只利用單個(gè)認(rèn)知節(jié) 點(diǎn)的本地檢測(cè)算法的頻譜檢測(cè)信息是不合理的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的頻譜檢測(cè)方法在信噪比很低的情況下檢測(cè)出來(lái) 授權(quán)用戶(hù)信號(hào)存在的時(shí)候，如果授權(quán)用戶(hù)信號(hào)功率小于授權(quán)用戶(hù)接收機(jī)靈敏度，那么授權(quán) 用戶(hù)接收機(jī)將無(wú)法正常接收解調(diào)的問(wèn)題，提出了一種認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)的頻譜檢測(cè)方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)的頻譜檢測(cè)方法，包括如下步驟Si.計(jì)算認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)中M個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的信號(hào)能量，得到每個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的頻譜 信號(hào)平均能量值&，其中，m= 1,2, ... ,M；S2.對(duì)M個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的進(jìn)行頻譜檢測(cè)判決，得到每個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的頻譜檢測(cè)結(jié)果rm ；S3.中心節(jié)點(diǎn)的頻譜檢測(cè)聯(lián)合判決，中心節(jié)點(diǎn)利用M個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的頻譜信號(hào)平均 能量值^11與頻譜檢測(cè)結(jié)果rm進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)判決，得到最終的判決結(jié)果R。步驟S2對(duì)M個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的進(jìn)行頻譜檢測(cè)判決使用的是基于協(xié)方差矩陣的絕對(duì)值 法，具體過(guò)程如下S21.各認(rèn)知節(jié)點(diǎn)在計(jì)算當(dāng)前檢測(cè)時(shí)隙的信號(hào)能量值的同時(shí)，對(duì)接收到的Ns點(diǎn)離散 樣本值y (η)進(jìn)行解調(diào)、低通濾波以及下抽樣，得到用于做頻譜檢測(cè)的Ns點(diǎn)的數(shù)據(jù)χ(η)。S22.認(rèn)知節(jié)點(diǎn)利用接收到的Ns點(diǎn)的數(shù)據(jù)X(Ii)，做協(xié)方差矩陣并進(jìn)行判決，得到檢
測(cè)結(jié)果rm -Jm 纟^^^纟；，其中，！^表示各認(rèn)知節(jié)點(diǎn)頻譜檢測(cè)的結(jié)果，反應(yīng)當(dāng)前頻 段是否存在授權(quán)用戶(hù)信號(hào)。這里步驟Sl計(jì)算M個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的信號(hào)能量的具體過(guò)程如下認(rèn)知節(jié)點(diǎn)對(duì)從射頻端 接收下來(lái)的Ns點(diǎn)離散樣本值y (η)進(jìn)行取模、求平方、累加求和取平均得到該檢測(cè)時(shí)隙的信
1 Ns-I
號(hào)平均能量值Em，& = 7 Σ I y(n + j) I2，其中，m表示認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)中第m個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)；
NS J=O
Effl代表第m個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)當(dāng)前檢測(cè)時(shí)隙的平均能量值。這里步驟S3中頻譜檢測(cè)聯(lián)合判決采用的是協(xié)同檢測(cè)判決，具體過(guò)程如下S31.中心節(jié)點(diǎn)將M個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)頻譜信號(hào)平均能量值取平均得到E
權(quán)利要求
1.一種認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)的頻譜檢測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟S1.計(jì)算認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)中M個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的信號(hào)能量，得到每個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的頻譜信號(hào) 平均能量值&，其中，m= 1，2，...，M;S2.對(duì)M個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行頻譜檢測(cè)判決，得到每個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的頻譜檢測(cè)結(jié)果rm;S3.中心節(jié)點(diǎn)的頻譜檢測(cè)聯(lián)合判決，中心節(jié)點(diǎn)利用M個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的頻譜信號(hào)平均能量 值與頻譜檢測(cè)結(jié)果rm進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)判決，得到最終的判決結(jié)果R。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)的頻譜檢測(cè)方法，其特征在于，步驟S2對(duì)M 個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的進(jìn)行頻譜檢測(cè)判決使用的是基于協(xié)方差矩陣的絕對(duì)值法，具體過(guò)程如下S21.各認(rèn)知節(jié)點(diǎn)在計(jì)算當(dāng)前檢測(cè)時(shí)隙的信號(hào)能量值的同時(shí)，對(duì)接收到的Ns點(diǎn)離散樣本 值y (η)進(jìn)行解調(diào)、低通濾波以及下抽樣等一系列基帶處理，得到用于做頻譜檢測(cè)的Ns點(diǎn)的 數(shù)據(jù)χ (η)。S22.認(rèn)知節(jié)點(diǎn)利用接收到的Ns點(diǎn)的數(shù)據(jù)Χ(η)，做協(xié)方差矩陣并進(jìn)行判決，得到檢測(cè)結(jié) 果
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)的頻譜檢測(cè)方法，其特征在于，步驟Sl計(jì) 算M個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的信號(hào)能量的具體過(guò)程如下認(rèn)知節(jié)點(diǎn)對(duì)從射頻端接收下來(lái)的Ns點(diǎn)離散 樣本值y(n)進(jìn)行取模、求平方、累加求和取平均得到該檢測(cè)時(shí)隙的信號(hào)平均能量值&，
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的任一認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)的頻譜檢測(cè)方法，其特征在于，步驟 S3中頻譜檢測(cè)聯(lián)合判決采用的是協(xié)同檢測(cè)判決，具體過(guò)程如下S31.中心節(jié)點(diǎn)將M個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)頻譜信號(hào)平均能量值取平均得到E
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)的頻譜檢測(cè)方法，具體包括如下步驟計(jì)算每個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的信號(hào)能量；對(duì)每個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行頻譜檢測(cè)判決；中心節(jié)點(diǎn)的頻譜檢測(cè)聯(lián)合判決。本發(fā)明通過(guò)對(duì)單認(rèn)知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行頻譜檢測(cè)，同時(shí)利用各認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的信號(hào)能量值，在中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行頻譜檢測(cè)聯(lián)合判決，在信噪比很低的情況下檢測(cè)出來(lái)授權(quán)用戶(hù)信號(hào)存在的時(shí)候，同時(shí)能夠檢測(cè)出授權(quán)用戶(hù)接收機(jī)是否正常接收解調(diào)。這樣，在實(shí)際應(yīng)用中，認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)可以在保證檢測(cè)性能以及不干擾授權(quán)用戶(hù)正常接收的情況下更好地提高頻譜利用率。
文檔編號(hào)H04B17/00GK102088324SQ20111007185
公開(kāi)日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月24日
發(fā)明者李少謙, 李洪宇, 楊松, 王軍, 陳亞丁 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)