專利名稱：基于ofdm頻域內插導頻的循環(huán)平穩(wěn)特征頻譜感知方法
技術領域：
本發(fā)明屬于無線通信技術領域，具體涉及無線通信正交頻分復用OFDM調制信號的頻譜感知方法，更進一步涉及一種基于OFDM頻域內插導頻的循環(huán)平穩(wěn)特征頻譜感知方法，可廣泛應用于各類具有頻域內插導頻的寬帶OFDM無線通信系統(tǒng)。
背景技術：
無線電頻譜是由各種無線業(yè)務所共享的一種有限物理資源，頻譜授權機制為保證優(yōu)質的服務和避免干擾提供了一種有效的方式，但該機制卻導致無線電頻譜資源利用率非常低下。隨著現代無線通信服務需求量的大幅增加，對于無線電頻譜資源的需求也將會進一步增加，人們不得不關注未來無線頻譜資源的短缺問題。另一方面，有關無線電頻譜的調查報告卻表明，目前大部分已授權頻譜并未獲得充分的利用。面對頻譜分配飽和與頻譜使用不足的沖突與矛盾，認知無線電的概念應運而生，它允許次用戶可以機會式的利用已授權的頻段，從而提高頻譜利用率，有利于無線網絡的接入效率。認知無線電最重要的功能是感知無線電環(huán)境，即頻譜感知，以發(fā)現當前可利用的頻譜空間，并有效地利用它們進行傳輸。頻譜感知包括兩方面的內容:首先是感知目標頻段是否存在主用戶信號，判斷該頻段是否處于空閑狀態(tài)，從而決定次用戶能否使用該頻段；其次，次用戶在使用該頻譜空穴時，還應監(jiān)測主用戶是否需要接入該頻段，如果主用戶出現，則次用戶必須立刻退出以避免對主用戶造成干擾。因此，頻譜感知技術能夠在不對主用戶造成干擾的條件下有效提高整體頻譜的利用效率。然而，頻譜感知技術在實際中具有很大的挑戰(zhàn)性，首先，所檢測信號的信噪比可能非常微弱，例如一個主發(fā)射機即使距離次用戶很近，主用戶傳輸信號仍可能經歷深度的衰落，因而次用戶接收到主用戶信號信噪比會遠低于_20dB，然而次用戶仍需檢測主用戶是否存在，以避免在主用戶發(fā)送數據時對其產生嚴重的干擾；其次，無線信道的多徑衰落和時間彌散效應使感知問題變 得尤為復雜，多徑衰落可能會導致信號的功率波動幅度高達30dB，而未知的時間彌散可能會使相干檢測變得不可靠；最后，檢測過程中的噪聲和干擾水平可能會隨時間和地點發(fā)生改變，從而導致噪聲功率的不確定性。面對這些挑戰(zhàn)，人們已經提出了眾多頻譜感知方法，包括主用戶發(fā)射機檢測、協(xié)作檢測和基于干擾溫度的檢測等。主用戶發(fā)射機檢測方法又包括傳統(tǒng)的似然比檢測、能量檢測、匹配濾波檢測、循環(huán)平穩(wěn)特征檢測和一些新興的方法，如基于特征值的檢測、基于協(xié)方差的檢測等等。由于OFDM信號具有自身獨特的特征，因此可以對其使用針對性的頻譜感知方法，一種是基于OFDM循環(huán)前綴的滑動窗能量檢測方法，其優(yōu)點在于實現起來非常簡單，但需要計算多個循環(huán)前綴長度的滑動窗，因此復雜度很高，且感知判決門限的計算需要知道噪聲方差的準確信息，即其性能非常容易受到噪聲方差估計誤差的影響；為此，有人提出了一種基于自相關的能量檢測方法，其優(yōu)點在于復雜度較低，且不需要知道噪聲方差的信息，但是其性能與循環(huán)前綴的長度密切相關，循環(huán)前綴越長則檢測越可靠，而多數OFDM系統(tǒng)出于吞吐量的考慮，循環(huán)前綴的長度通常不會很長；為此，有人基于OFDM內插導頻處理的匹配濾波感知方法提出了一種基于時域符號間相關的檢測方法，其基本思想為當兩個OFDM符號有著相同分布的頻域內插導頻符號時,可以通過時域OFDM符號間的相關提取出符號中的導頻信息，這種方法提取出的頻域導頻信息是一種更加有效的檢驗統(tǒng)計量，其性能優(yōu)于基于循環(huán)前綴的檢測方法，然而OFDM系統(tǒng)不可能在兩個符號中發(fā)送相同的導頻序列，因此這種方法難以應用于實際中。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現有無線OFDM系統(tǒng)頻譜感知方法的不足，提出一種基于OFDM內插導頻的循環(huán)平穩(wěn)特征頻譜感知方法，以在不依賴于循環(huán)前綴長度的情況下，提高低信噪比衰落信道的檢測性能。實現本發(fā)明目的的基本思路是:利用時域平滑周期圖法得到OFDM信號的譜相關函數，并在譜相關函數中挑選具有導頻相關數據特征的點來進行統(tǒng)計決策以達到頻譜感知的目的，其具體實現步驟如下:(I)主用戶發(fā)送的OFDM基帶離散信號經信道傳輸后到達接收端，接收端接收到的時域信號為y(m，n)，其中，m指示符號位置，n指示子載波位置；再由FFT變換實現時域信號到頻域信號的解調，表示為Y(m, f) =H(f)X(m, f)+N(f),其中，f指示頻率位置，X(m, f)表示主用戶發(fā)送的基帶離散頻域信號，H(f)表示信道頻率響應，N(f)表示加性高斯白噪聲的頻域形式；(2)利用時域平滑周期圖法計算時域信號y(m，n)時域平滑后的譜相關函數
W):1 M-權利要求
1.一種基于OFDM內插導頻的循環(huán)平穩(wěn)特征感知方法，包括以下步驟: (1)主用戶發(fā)送的OFDM基帶離散信號經信道傳輸后到達接收端，接收端接收到的時域信號為y(m，n)，其中，m指示符號位置，n指示子載波位置；再由FFT變換實現時域信號到頻域信號的解調，表示為Y (m，f)=H(f)X(m, f)+N(f)，其中，f指示頻率位置，X(m, f)表示主用戶發(fā)送的基帶離散頻域信號，H(f)表示信道頻率響應，N(f)表示加性高斯白噪聲的頻域形式； (2)利用時域平滑周期圖法計算時域信號y(m，n)時域平滑后的譜相關函數和(/):1 M-1
2.根據權利要求所述的基于OFDM內插導頻的循環(huán)平穩(wěn)特征感知方法，其中所述步驟(2)中的第m個OFDM符號的譜相關函數和《(/)，表示如下:
3.根據權利要求所述的基于OFDM內插導頻的循環(huán)平穩(wěn)特征感知方法，其中步驟5a)所述的根據奈曼皮爾遜檢測定理，求出虛警概率Pfa和檢測概率Pd，按如下公式進行:
4.根據權利要求所述的基于OFDM內插導頻的循環(huán)平穩(wěn)特征感知方法，其中步驟5b)所述的根據奈曼皮爾遜檢測定理，計算近似的檢測門限X，按如下步驟進行: (1)根據實際要求，給定一個虛警概率Pfa; (2)按如下公式計算出檢測門限入:
5.根據權利要求所述的基于OFDM內插導頻的循環(huán)平穩(wěn)特征感知方法，其中步驟5b)所述的根據奈曼皮爾遜檢測定理，計算接收端的檢測概率Pd，按如下公式進行:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于OFDM內插導頻的循環(huán)平穩(wěn)特征頻譜感知方法，主要解決現有感知技術性能受限于循環(huán)前綴長度，以及導頻相位隨機變化導致性能下降的問題。其實現步驟為(1)對接收端接收到的時域信號經由快速傅里葉變換實現時域信號到頻域信號的變換；(2)利用時域平滑周期圖法計算頻域信號的譜相關函數；(3)從譜相關函數中選取特征點；(4)依據信道條件，利用選取的特征點構建相應的檢驗統(tǒng)計量；(5)將檢驗統(tǒng)計量與相應的感知判決門限進行比較，以判定待感知信道是否存在主用戶信號，并給出其可信度度量。本發(fā)明不依賴于OFDM符號循環(huán)前綴長度，在低信噪比衰落信道條件下具有良好的檢測性能，可廣泛應用于各類寬帶無線OFDM通信系統(tǒng)。
文檔編號H04L27/26GK103237311SQ201310169169
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月8日 優(yōu)先權日2013年5月8日
發(fā)明者王勇, 劉樂, 葛建華, 周建 申請人:西安電子科技大學