專利名稱：一種認(rèn)知無線電寬帶頻譜檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及認(rèn)知無線電寬帶頻譜檢測(cè)方法技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于傳統(tǒng)的靜態(tài)頻譜分配模式已經(jīng)日益無法滿足當(dāng)前社會(huì)在無線通信領(lǐng)域的發(fā)展需求，認(rèn)知無線電技術(shù)正成為當(dāng)今無線通信領(lǐng)域的前沿課題。認(rèn)知無線電技術(shù)能主動(dòng)尋找頻譜范圍內(nèi)的空洞，并伺機(jī)在不影響授權(quán)用戶的條件下使用該頻段。認(rèn)知無線電的提出， 極大地促進(jìn)頻譜最大化的合理應(yīng)用。目前美國政府已經(jīng)開放一部分電視頻帶，并已授權(quán)具有認(rèn)知功能的通信設(shè)備在合理的情況下使用該頻段。認(rèn)知無線電中，頻譜檢測(cè)技術(shù)是重中之重。只有快速，準(zhǔn)確的檢測(cè)出當(dāng)前頻譜中存在的空洞，才能在不影響授權(quán)用戶的情況下合理使用該頻段。目前，頻譜檢測(cè)技術(shù)主要可以分為三類能量檢測(cè)，匹配濾波器檢測(cè)以及基于特征值的檢測(cè)。這三類檢測(cè)均只能在一個(gè)特定的頻帶下對(duì)單一授權(quán)用戶信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，被稱為窄帶頻譜檢測(cè)技術(shù)。然而，實(shí)際情況是， 由于認(rèn)知用戶并沒有授權(quán)在哪個(gè)特定頻帶，所以，它需要對(duì)一段很長(zhǎng)的頻譜進(jìn)行頻譜檢測(cè)， 通常，這個(gè)頻譜可以長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)GHz。因此，寬帶頻譜檢測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。寬帶頻譜檢測(cè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在一段很長(zhǎng)的頻譜范圍內(nèi)對(duì)多個(gè)頻帶進(jìn)行檢測(cè)，在一次檢測(cè)周期內(nèi)可以判斷多個(gè)頻帶是否被占用。從一定意義上說，窄帶頻譜檢測(cè)是寬帶頻譜檢測(cè)技術(shù)的一個(gè)特例(僅檢測(cè)一個(gè)特定頻帶)。目前，基于寬帶頻譜檢測(cè)技術(shù)的研究還很少，主要的方法是基于小波的寬帶頻譜檢測(cè)技術(shù)，它通過檢測(cè)信號(hào)頻譜的陡峭位置來確定授權(quán)信號(hào)占用的頻帶邊緣。然而，實(shí)際環(huán)境卻是復(fù)雜的。比如頻帶的邊緣也可以沒有陡峭的變化；而且，當(dāng)信號(hào)受噪聲影響嚴(yán)重， 低信噪比(SNR)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)頻譜出現(xiàn)許多假陡峭邊緣。因此，傳統(tǒng)的基于小波的寬帶頻譜檢測(cè)技術(shù)并不能有效的劃分授權(quán)信號(hào)占用的頻帶。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺失，提供一種認(rèn)知無線電寬帶頻譜檢測(cè)方法，包括以下處理步驟1)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行抽樣，將連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散信號(hào)；2)計(jì)算所述離散信號(hào)的功率譜密度PSD ；3)對(duì)所述功率譜密度PSD進(jìn)行L層的小波多分辨率分析，獲得第L層上的近似低頻分量，所述L彡1且為整數(shù)；4)計(jì)算所述近似低頻分量的概率密度函數(shù)PDF ；5)通過尋找所述概率密度函數(shù)PDF的局部極小點(diǎn)確定檢測(cè)門限；6)將第L層上的近似低頻分量與檢測(cè)門限進(jìn)行比較，判斷在小波頻域上被授權(quán)信號(hào)占用的頻帶范圍；7)將小波頻域上被授權(quán)信號(hào)占用的頻帶映射到真實(shí)的頻帶上，映射關(guān)系為小波頻域上的頻帶范圍的浐倍為真實(shí)頻帶的范圍。具體步驟為a.對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行抽樣設(shè)x(t)為接收到的連續(xù)時(shí)間信號(hào)，對(duì)接收到的連續(xù)信號(hào)進(jìn)行抽樣，轉(zhuǎn)換為離散信號(hào)，記為y (η)，η = 0，1，…，Ns-1，其中Ns為抽樣點(diǎn)數(shù)；b.計(jì)算所述離散信號(hào)的功率譜密度PSD，是真實(shí)頻率的函數(shù)；c.對(duì)所述功率譜密度PSD進(jìn)行L層的小波多分辨率分析，獲得第L層上的近似低頻分量，記為a(f)，這里f比例于真實(shí)的頻率量綱；d.計(jì)算所述近似低頻分量的概率密度函數(shù)PDF，設(shè)計(jì)算得到的概率密度函數(shù)PDF 為 P (χ)；e.計(jì)算所述概率密度函數(shù)PDF的局部極小點(diǎn)，把它的橫坐標(biāo)設(shè)為檢測(cè)門限，設(shè)檢測(cè)門限為Xk，k = 0，l，…，K-1，其中，設(shè)Xih，K為局部極小點(diǎn)的個(gè)數(shù)；f.將近似低頻分量a(f)與求得的檢測(cè)門限入k進(jìn)行比較，對(duì)小波頻譜范圍內(nèi)的頻帶進(jìn)行分類a(f) < A0Cnλ 0 ^ a (f) < A1 C0· ·····a(f) ^ λ ηCih判別Ctl，CV-Cih對(duì)應(yīng)的頻帶為小波頻譜范圍內(nèi)被授權(quán)信號(hào)占用的頻帶，如果在這些被占用的頻帶中有連接在一起的頻帶，把它們合并成一個(gè)被占用的頻帶；g.將小波頻域上被授權(quán)信號(hào)占用的頻帶映射到真實(shí)的頻帶上，映射關(guān)系為小波頻域上的頻帶范圍的浐倍為真實(shí)頻帶的范圍。本發(fā)明提出的算法，通過貝葉斯分類和小波多分辨率分析的方法劃分授權(quán)信號(hào)占用的頻帶范圍，克服了頻帶邊緣沒有陡峭變化帶來的檢測(cè)難題，同時(shí)提高低SNR環(huán)境下算法的魯棒性。


圖1是本發(fā)明的方法流程圖；圖2是本發(fā)明在一個(gè)場(chǎng)景中對(duì)接收信號(hào)的PSD用小波的寬帶頻譜檢測(cè)的檢測(cè)效果；圖3是本發(fā)明在一個(gè)場(chǎng)景中對(duì)接收信號(hào)的PSD進(jìn)行2層的小波多分辨率分析及其近似低頻分量的PDF ；圖4是本發(fā)明在場(chǎng)景一中與現(xiàn)有技術(shù)的檢測(cè)性能比較；圖5是本發(fā)明在另一個(gè)場(chǎng)景中對(duì)接收信號(hào)的PSD用小波的寬帶頻譜檢測(cè)的檢測(cè)效果；圖6是本發(fā)明在另一場(chǎng)景中對(duì)接收信號(hào)的PSD進(jìn)行2層的小波多分辨率分析及其近似低頻分量的PDF ；圖7是本發(fā)明在場(chǎng)景二中與現(xiàn)有技術(shù)的檢測(cè)性能比較。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。一種認(rèn)知無線電寬帶頻譜檢測(cè)方法具體設(shè)計(jì)步驟如下1.對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行抽樣設(shè)x(t)為接收到的連續(xù)時(shí)間信號(hào)，對(duì)接收到的連續(xù)信號(hào)進(jìn)行抽樣，轉(zhuǎn)換為離散信號(hào)，記為y (η)，η = 0，1，…，Ns-1，其中Ns為抽樣點(diǎn)數(shù)。2.計(jì)算所述離散信號(hào)的功率譜密度PSD，是真實(shí)頻率的函數(shù)。3.對(duì)功率譜密度PSD進(jìn)行L層的小波多分辨率分析，獲得第L層上的近似低頻分量，記為a(f)，這里f比例于真實(shí)的頻率量綱。4.計(jì)算該近似低頻分量的概率密度函數(shù)PDF，設(shè)計(jì)算得到的概率密度函數(shù)PDF為
P(X)。5.計(jì)算該P(yáng)DF的局部極小點(diǎn)，把它的橫坐標(biāo)設(shè)為檢測(cè)門限，設(shè)檢測(cè)門限為Xk，k = 0，1，...，κ-1，其中，設(shè)Xih，K為局部極小點(diǎn)的個(gè)數(shù)。6.將近似低頻分量a(f)與求得的檢測(cè)門限入k進(jìn)行比較，對(duì)小波頻譜范圍內(nèi)的頻帶進(jìn)行分類a(f) < A0Cnλ 0 ^ a (f) < A1 C0······a(f) ^ λ ηCih判別Ctl，CV-Cih對(duì)應(yīng)的頻帶為小波頻譜范圍內(nèi)被授權(quán)信號(hào)占用的頻帶，如果在這些被占用的頻帶中有連接在一起的頻帶，把它們合并成一個(gè)被占用的頻帶。7.將小波頻域上被授權(quán)信號(hào)占用的頻帶映射到真實(shí)的頻帶上，映射關(guān)系為小波頻域上的頻帶范圍的浐倍為真實(shí)頻帶的范圍。以下是本發(fā)明與現(xiàn)有的基于小波的寬帶頻譜檢測(cè)技術(shù)效果對(duì)比場(chǎng)景一接收信號(hào)的頻帶邊緣是陡峭的，整個(gè)頻譜的SNR為10dB。圖2(a)是接收信號(hào)的PSD，圖2 (b)是基于小波的寬帶頻譜檢測(cè)的檢測(cè)效果，可以看出，通過小波系數(shù)(Wavelet Coefficient)的極大值可以成功檢測(cè)出授權(quán)信號(hào)占用的頻帶邊緣。圖3 (a)是對(duì)接收信號(hào)的PSD進(jìn)行2層的小波多分辨率分析，圖3 (b)是第2層小波多分辨率分析的近似低頻分量(Approximation Coefficient)的PDF。從圖3(b)找出局部極小點(diǎn)為(10. 169，6. 581 X I(T2q)，(32. 063,1. 445 X IO-20)和(53. 176，9. 723Χ1(Γ22)。因此，檢測(cè)門限為A0 = 10. 169，A1 = 32.063，λ 2 = 53. 176。對(duì)小波頻譜范圍內(nèi)的頻帶進(jìn)行分類，結(jié)果如圖3(a)所示。最后，將小波頻域上被授權(quán)信號(hào)占用的頻帶映射到真實(shí)的頻帶上，最終得到授權(quán)信號(hào)占用的頻帶[30. 768MHz, 61. 156MHz]，[76. 924MHz，107. 308MHz]， [138. 46MHz,168. 848MHz]。圖4是在不同SNR下本發(fā)明(L=1，L = 2，L = 3，L = 4)與現(xiàn)有的基于小波的寬帶頻譜檢測(cè)技術(shù)的性能對(duì)比，Pd(probability of detection)是檢測(cè)成功率。從圖4中可以看出，本發(fā)明在相對(duì)較低的SNR環(huán)境下檢測(cè)性能優(yōu)于現(xiàn)有的基于小波的寬帶頻譜檢測(cè)技術(shù)。場(chǎng)景二 接收信號(hào)的頻帶邊緣是緩變的，整個(gè)頻譜的SNR同樣為10dB。圖5(a)是場(chǎng)景二下接收信號(hào)的PSD，圖5(b)是基于小波的寬帶頻譜檢測(cè)的檢測(cè)效果，可以看出，當(dāng)頻帶邊緣是緩變時(shí)，通過小波系數(shù)(Wavelet Coefficient)的極大值不能成功檢測(cè)出授權(quán)信號(hào)占用的頻帶邊緣。圖6(a)是場(chǎng)景二下對(duì)接收信號(hào)的PSD進(jìn)行2層的小波多分辨率分析，圖6(b)是第 2層小波多分辨率分析的近似低頻分量(Approximation Coefficient)的PDF。從圖6(b) 可以得出檢測(cè)門限為K = 17.273，X1 = 35. 155，A 2 == 57.743。對(duì)小波頻譜范圍內(nèi)的頻帶進(jìn)行分類，結(jié)果如圖6(a)所示。圖6(a)中第一個(gè)被授權(quán)信號(hào)占用的頻帶由Ctl，C1, C0 對(duì)應(yīng)的頻帶構(gòu)成，第二個(gè)被占用頻帶由Ctl對(duì)應(yīng)的頻帶構(gòu)成，最后一個(gè)被占用頻帶由Ctl，C1, C2, C1, C0對(duì)應(yīng)的頻帶構(gòu)成。合并這些連接在一起的頻帶并將最終被授權(quán)信號(hào)占用的三個(gè)頻帶映射到真實(shí)的頻帶上，得到授權(quán)信號(hào)占用的頻帶范圍[13. 44MHz, 42. 72MHz]，[85. 76MHz， 110. 56MHz]禾Π [152. 64MHz,185. 12MHz]。圖7是場(chǎng)景二下，不同SNR環(huán)境下本發(fā)明(L = 1，L = 2，L = 3，L = 4)與現(xiàn)有的基于小波的寬帶頻譜檢測(cè)技術(shù)的性能對(duì)比。從圖7中可以看出，當(dāng)頻帶邊緣是緩變時(shí)，現(xiàn)有的基于小波的寬帶頻譜檢測(cè)技術(shù)失效，然而，本發(fā)明依舊能成功檢測(cè)出授權(quán)信號(hào)占用的頻帶范圍。
權(quán)利要求
1.一種認(rèn)知無線電寬帶頻譜檢測(cè)方法，其特征在于包括以下處理步驟1)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行抽樣，將連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散信號(hào)；2)計(jì)算所述離散信號(hào)的功率譜密度PSD；3)對(duì)所述功率譜密度PSD進(jìn)行L層的小波多分辨率分析，獲得第L層上的近似低頻分量，所述L彡1且為整數(shù)；4)計(jì)算所述近似低頻分量的概率密度函數(shù)PDF;5)通過尋找所述概率密度函數(shù)PDF的局部極小點(diǎn)確定檢測(cè)門限；6)將第L層上的近似低頻分量與檢測(cè)門限進(jìn)行比較，判斷在小波頻域上被授權(quán)信號(hào)占用的頻帶范圍；7)將小波頻域上被授權(quán)信號(hào)占用的頻帶映射到真實(shí)的頻帶上，映射關(guān)系為小波頻域上的頻帶范圍的浐倍為真實(shí)頻帶的范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種認(rèn)知無線電寬帶頻譜檢測(cè)方法，其特征在于，具體步驟為a.對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行抽樣設(shè)x(t)為接收到的連續(xù)時(shí)間信號(hào)，對(duì)接收到的連續(xù)信號(hào)進(jìn)行抽樣，轉(zhuǎn)換為離散信號(hào)，記為y (η)，η = 0，1，…，Ns-1，其中Ns為抽樣點(diǎn)數(shù)；b.計(jì)算所述離散信號(hào)的功率譜密度PSD，是真實(shí)頻率的函數(shù)；c.對(duì)所述功率譜密度PSD進(jìn)行L層的小波多分辨率分析，獲得第L層上的近似低頻分量，記為a(f)，這里f比例于真實(shí)的頻率量綱；d.計(jì)算所述近似低頻分量的概率密度函數(shù)PDF，設(shè)計(jì)算得到的概率密度函數(shù)PDF為P(X)；e.計(jì)算所述概率密度函數(shù)PDF的局部極小點(diǎn)，把它的橫坐標(biāo)設(shè)為檢測(cè)門限，設(shè)檢測(cè)門限為Xk，k = 0，l，"·，κ-1，其中，設(shè)λ。彡A1^...彡Xih，K為局部極小點(diǎn)的個(gè)數(shù)；f.將近似低頻分量a(f)與求得的檢測(cè)門限入k進(jìn)行比較，對(duì)小波頻譜范圍內(nèi)的頻帶進(jìn)行分類a(f) < λ0Cna(f) < A1 C0a(f)彡 λ ηCk^1判別Ctl，CV-Cih對(duì)應(yīng)的頻帶為小波頻譜范圍內(nèi)被授權(quán)信號(hào)占用的頻帶，如果在這些被占用的頻帶中有連接在一起的頻帶，把它們合并成一個(gè)被占用的頻帶；g.將小波頻域上被授權(quán)信號(hào)占用的頻帶映射到真實(shí)的頻帶上，映射關(guān)系為小波頻域上的頻帶范圍的浐倍為真實(shí)頻帶的范圍。
全文摘要
本發(fā)明公開一種認(rèn)知無線電寬帶頻譜檢測(cè)方法，包括步驟對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行抽樣，將連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散信號(hào)；計(jì)算所述離散信號(hào)的功率譜密度PSD；對(duì)所述功率譜密度PSD進(jìn)行L層的小波多分辨率分析，獲得第L層上的近似低頻分量，所述L≥1且為整數(shù)；計(jì)算所述近似低頻分量的概率密度函數(shù)PDF；通過尋找所述概率密度函數(shù)PDF的局部極小點(diǎn)確定檢測(cè)門限；將第L層上的近似低頻分量與檢測(cè)門限進(jìn)行比較，判斷在小波頻域上被授權(quán)信號(hào)占用的頻帶范圍；將小波頻域上被授權(quán)信號(hào)占用的頻帶映射到真實(shí)的頻帶上，映射關(guān)系為小波頻域上的頻帶范圍的2L倍為真實(shí)頻帶的范圍。
文檔編號(hào)H04W24/00GK102386984SQ20111031815
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者李莉, 黃立輝 申請(qǐng)人:上海師范大學(xué)