一種基于特征值的檢測授權(quán)用戶的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于特征值的檢測授權(quán)用戶的方法和系統(tǒng)，其中，所述方法包括：對從檢測信道接收的信號采樣得到接收信號矩陣；假設(shè)檢測信道的接收信號存在授權(quán)用戶信號，計算接收信號矩陣的統(tǒng)計協(xié)方差矩陣的特征值，根據(jù)所述特征值對授權(quán)用戶的個數(shù)進(jìn)行預(yù)估計；計算存在預(yù)估計個數(shù)的授權(quán)用戶的條件下接收信號的功率最大似然估計與不存在授權(quán)用戶條件下噪聲功率的最大似然估計的比值；當(dāng)所述比值大于根據(jù)誤警概率確定的判決門限時，確定所述檢測信道存在授權(quán)用戶。本發(fā)明在預(yù)先不知曉可能存在的授權(quán)用戶個數(shù)時仍可檢測授權(quán)用戶。
【專利說明】一種基于特征值的檢測授權(quán)用戶的方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及認(rèn)知無線電對授權(quán)用戶的檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種基于特征值的檢測授權(quán)用戶的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著移動通信技術(shù)日新月異的發(fā)展，人們對數(shù)據(jù)傳輸速率及服務(wù)質(zhì)量的要求也與日俱增。然而，有限的頻譜資源成為了制約無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的瓶頸問題。由于我國當(dāng)前的頻譜資源大部分是按照固定分配的方式，分配給授權(quán)的系統(tǒng)專用，以避免各系統(tǒng)之間的相互干擾，但是頻譜資源并不是無時無刻被占用的，從而造成了頻譜資源的浪費(fèi)。
[0003]認(rèn)知無線電技術(shù)作為提高頻譜利用率的有效技術(shù)，近幾年引起了廣泛的關(guān)注。認(rèn)知無線電技術(shù)的核心思想是，采用合適的頻譜感知機(jī)制，實(shí)時的發(fā)現(xiàn)沒有被充分利用的頻譜，將各種資源有效的分配給待接入的用戶，同時在授權(quán)用戶需要接入時將信道空出，保證不對授權(quán)用戶的正常工作產(chǎn)生影響。認(rèn)知無線電技術(shù)，通過自動檢測無線電環(huán)境，重新配置網(wǎng)絡(luò)資源、調(diào)整工作模式及傳輸參數(shù)，實(shí)現(xiàn)認(rèn)知用戶與授權(quán)用戶的共存，不僅轉(zhuǎn)變了頻譜利用方式，提高了頻譜使用效率，而且對整個通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)帶來了潛在的巨大變革。
[0004]檢測目標(biāo)頻段是否正在被授權(quán)用戶占用，頻譜中是否存在空閑可用的空洞，是認(rèn)知無線電進(jìn)行其他活動的必要前提?；谔卣髦档氖跈?quán)用戶檢測方法是近年來興起的一種全新的頻譜感知方法，算法的核心就是利用接收信號的統(tǒng)計協(xié)方差矩陣的特征值來判斷是否存在授權(quán)用戶信號?，F(xiàn)有的基于特征值的授權(quán)用戶檢測方法主要有:最大最小值比法(Maximum Minimum Eigenvalue, MME)、平均值法(Arithmetic Geometric Mean，AGM)、廣義似然比檢測法(Generalized Likelihood Ratio Test, GLRT)0
[0005]下面對這幾種算法進(jìn)行簡要介紹:
[0006]MME算法是計算接收信號的統(tǒng)計協(xié)方差矩陣的最大特征值與最小特征值的比值，將該比值與根據(jù)誤警概率確定的判決門限進(jìn)行比較，如果該比值大于判決門限，則認(rèn)為存在授權(quán)用戶。MME算法可以用于單個授權(quán)用戶或者多個授權(quán)用戶存在的情況，但是由于其僅使用了接收信號統(tǒng)計協(xié)方差矩陣的部分信息，導(dǎo)致檢測性能準(zhǔn)確率不高。
[0007]AGM算法是計算接收信號的統(tǒng)計協(xié)方差矩陣的特征值的算術(shù)平均和幾何平均的比值，將該比值與根據(jù)誤警概率確定的判決門限進(jìn)行比較，如果該比值大于判決門限，則認(rèn)為存在授權(quán)用戶。AGM算法忽略了統(tǒng)計協(xié)方差矩陣特征值的極值，當(dāng)被檢測的授權(quán)用戶數(shù)持續(xù)增多時，其檢測性能也隨之下降；當(dāng)被檢測的授權(quán)用戶是單一授權(quán)用戶時，其性能不如GLRT算法。
[0008]GLRT算法對假設(shè)存在的單一授權(quán)用戶的信號功率和噪聲功率的比值做最大似然估計，如果該比值大于根據(jù)誤警概率確定的判決門限，則確定存在授權(quán)用戶。顯然，GLRT算法目前僅適用于判斷是否存在單一授權(quán)用戶的情況，不適用對多授權(quán)用戶的檢測。
[0009]此外，在使用上述基于特征值的授權(quán)用戶檢測方法前，需已知可能存在的授權(quán)用戶個數(shù)，但是當(dāng)可能存在的授權(quán)用戶信號個數(shù)未知時，上述授權(quán)用戶檢測方法已不再適用。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明提供了一種基于特征值的檢測授權(quán)用戶的方法和系統(tǒng)，已解決在預(yù)先不知曉可能存在的授權(quán)用戶個數(shù)時如何檢測授權(quán)用戶的技術(shù)問題。
[0011]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于特征值的檢測授權(quán)用戶的方法，所述方法包括:
[0012]對從檢測信道接收的信號采樣得到接收信號矩陣；
[0013]假設(shè)檢測信道的接收信號存在授權(quán)用戶信號，計算接收信號矩陣的統(tǒng)計協(xié)方差矩陣的特征值，根據(jù)所述特征值對授權(quán)用戶的個數(shù)進(jìn)行預(yù)估計；
[0014]計算存在預(yù)估計個數(shù)的授權(quán)用戶的條件下接收信號的功率最大似然估計與不存在授權(quán)用戶條件下噪聲功率的最大似然估計的比值；
[0015]當(dāng)所述比值大于根據(jù)誤警概率確定的判決門限時，確定所述檢測信道存在授權(quán)用戶。
[0016]進(jìn)一步地，所述根據(jù)統(tǒng)計協(xié)方差矩陣的特征值對授權(quán)用戶的個數(shù)進(jìn)行預(yù)估計，包括:
[0017]計算統(tǒng)計協(xié)方差矩陣的特征值；
[0018]將特征值按降序排列，尋找其中突降的特征值；
[0019]將比該突降特征值大的特征值的個數(shù)作為預(yù)估計的授權(quán)用戶的個數(shù)。
[0020]進(jìn)一步地，計算存在預(yù)估計個數(shù)的授權(quán)用戶的條件下接收信號的功率最大似然估計與不存在授權(quán)用戶條件下噪聲功率的最大似然估計的比值，包括:
[0021]計算統(tǒng)計協(xié)方差矩陣的特征值中代表預(yù)估計的授權(quán)用戶的特征值之和與其余特征值之和的比值。
[0022]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種基于特征值的檢測授權(quán)用戶的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:授權(quán)用戶個數(shù)預(yù)估計模塊、授權(quán)用戶判斷模塊，其中，
[0023]所述授權(quán)用戶個數(shù)預(yù)估計模塊，用于對從檢測信道接收的信號采樣得到接收信號矩陣；計算接收信號矩陣的統(tǒng)計協(xié)方差矩陣，根據(jù)所述統(tǒng)計協(xié)方差矩陣的特征值對授權(quán)用戶的個數(shù)進(jìn)行預(yù)估計；預(yù)估計的授權(quán)用戶個數(shù)發(fā)送至授權(quán)用戶判斷模塊；
[0024]所述授權(quán)用戶判斷模塊，用于假設(shè)檢測信道的接收信號存在授權(quán)用戶信號，計算存在預(yù)估計個數(shù)的授權(quán)用戶的條件下接收信號的功率最大似然估計與不存在授權(quán)用戶條件下噪聲功率的最大似然估計的比值；并在判斷出所述比值大于根據(jù)誤警概率確定的判決門限時，確定所述檢測信道存在授權(quán)用戶。
[0025]進(jìn)一步地，所述授權(quán)用戶個數(shù)預(yù)估計模塊，用于根據(jù)所述統(tǒng)計協(xié)方差矩陣的特征值對授權(quán)用戶的個數(shù)進(jìn)行預(yù)估計，包括:
[0026]計算統(tǒng)計協(xié)方差矩陣的特征值；將特征值按降序排列，尋找其中突降的特征值；將比該突降特征值大的特征值的個數(shù)作為預(yù)估計的授權(quán)用戶的個數(shù)。
[0027]進(jìn)一步地，所述授權(quán)用戶判斷模塊，用于計算存在預(yù)估計個數(shù)的授權(quán)用戶的條件下接收信號的功率最大似然估計與不存在授權(quán)用戶條件下噪聲功率的最大似然估計的比值，包括:
[0028]計算統(tǒng)計協(xié)方差矩陣的特征值中代表預(yù)估計的授權(quán)用戶的特征值之和與其余特征值之和的比值。
[0029]上述技術(shù)方案給出了一種預(yù)估授權(quán)用戶個數(shù)的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)由于不知曉授權(quán)用戶個數(shù)無法利用特征值對授權(quán)用戶進(jìn)行檢測的問題；此外，上述實(shí)施例在檢測是否存在授權(quán)用戶時，考慮了接收信號統(tǒng)計協(xié)方差矩陣的全部特征值，提高了檢測的準(zhǔn)確率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本實(shí)施例的基于特征值的檢測授權(quán)用戶的方法流程圖；
[0031]圖2為本實(shí)施例的基于特征值的檢測授權(quán)用戶的系統(tǒng)組成模塊圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下文中將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互任意組合。
[0033]圖1為本實(shí)施例的基于特征值的檢測授權(quán)用戶的方法流程圖。
[0034]SlOl在認(rèn)知無線電系統(tǒng)的一個感知周期內(nèi)，利用M個接收天線對從檢測信道接收的信號進(jìn)行η次采樣，Μ>1, η>2Μ;
[0035]S102將M個天線η次采樣得到的信號記為接收信號矩陣ΧΜΧη;
[0036]S103構(gòu)建接收信 號的統(tǒng)計協(xié)方差矩陣R，R=E [X X*]，X*表示X的共軛轉(zhuǎn)置，計算矩陣R的特征值Xi, i = Ρ..Μ，對特征值按降序排列
[0037]S104假設(shè)檢測信道的接收信號存在授權(quán)用戶信號，根據(jù)矩陣R的特征值對授權(quán)用戶的個數(shù)進(jìn)行預(yù)估計；
[0038]通常，若檢測信道的接收信號存在授權(quán)用戶信號，其授權(quán)用戶的信號功率遠(yuǎn)大于噪聲功率。這樣，在矩陣R的特征值中，數(shù)值大的特征值應(yīng)來自授權(quán)用戶，數(shù)值小的特征值來自噪聲。在按降序排列的特征值X1S...^ λΜ中尋找突降的特征值，將比該突降特征值大的特征值的個數(shù)作為預(yù)估計的授權(quán)用戶的個數(shù)；
[0039]由于矩陣R服從參數(shù)為η和M的Wishart分布，根據(jù)隨機(jī)矩陣?yán)碚?，可使用MDL(minimum description length criteria)或者 AIC (Akaike information criterion)等估計算法計算矩陣R中數(shù)值大的特征值的個數(shù)；
[0040]S105計算存在預(yù)估計個數(shù)的授權(quán)用戶的條件下接收信號的功率最大似然估計與不存在授權(quán)用戶條件下噪聲功率的最大似然估計的比值LR(X);
【權(quán)利要求】
1.一種基于特征值的檢測授權(quán)用戶的方法，其特征在于，所述方法包括: 對從檢測信道接收的信號采樣得到接收信號矩陣； 假設(shè)檢測信道的接收信號存在授權(quán)用戶信號，計算接收信號矩陣的統(tǒng)計協(xié)方差矩陣的特征值，根據(jù)所述特征值對授權(quán)用戶的個數(shù)進(jìn)行預(yù)估計； 計算存在預(yù)估計個數(shù)的授權(quán)用戶的條件下接收信號的功率最大似然估計與不存在授權(quán)用戶條件下噪聲功率的最大似然估計的比值； 當(dāng)所述比值大于根據(jù)誤警概率確定的判決門限時，確定所述檢測信道存在授權(quán)用戶。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)統(tǒng)計協(xié)方差矩陣的特征值對授權(quán)用戶的個數(shù)進(jìn)行預(yù)估計，包括: 計算統(tǒng)計協(xié)方差矩陣的特征值； 將特征值按降序排列，尋找其中突降的特征值； 將比該突降特征值大的特征值的個數(shù)作為預(yù)估計的授權(quán)用戶的個數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，計算存在預(yù)估計個數(shù)的授權(quán)用戶的條件下接收信號的功率最大似然估計與不存在授權(quán)用戶條件下噪聲功率的最大似然估計的比值，包括: 計算統(tǒng)計協(xié)方差矩陣的特征值中代表預(yù)估計的授權(quán)用戶的特征值之和與其余特征值之和的比值。
4.一種基于特征值的檢測授權(quán)用戶的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括:授權(quán)用戶個數(shù)預(yù)估計模塊、授權(quán)用戶判斷模塊，其中， 所述授權(quán)用戶個數(shù)預(yù)估計模塊，用于對從檢測信道接收的信號采樣得到接收信號矩陣；計算接收信號矩陣的統(tǒng)計協(xié)方差矩陣，根據(jù)所述統(tǒng)計協(xié)方差矩陣的特征值對授權(quán)用戶的個數(shù)進(jìn)行預(yù)估計；預(yù)估計的授權(quán)用戶個數(shù)發(fā)送至授權(quán)用戶判斷模塊； 所述授權(quán)用戶判斷模塊，用于假設(shè)檢測信道的接收信號存在授權(quán)用戶信號，計算存在預(yù)估計個數(shù)的授權(quán)用戶的條件下接收信號的功率最大似然估計與不存在授權(quán)用戶條件下噪聲功率的最大似然估計的比值；并在判斷出所述比值大于根據(jù)誤警概率確定的判決門限時，確定所述檢測信道存在授權(quán)用戶。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述授權(quán)用戶個數(shù)預(yù)估計模塊，用于根據(jù)所述統(tǒng)計協(xié)方差矩陣的特征值對授權(quán)用戶的個數(shù)進(jìn)行預(yù)估計，包括: 計算統(tǒng)計協(xié)方差矩陣的特征值；將特征值按降序排列，尋找其中突降的特征值；將比該突降特征值大的特征值的個數(shù)作為預(yù)估計的授權(quán)用戶的個數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述授權(quán)用戶判斷模塊，用于計算存在預(yù)估計個數(shù)的授權(quán)用戶的條件下接收信號的功率最大似然估計與不存在授權(quán)用戶條件下噪聲功率的最大似然估計的比值，包括: 計算統(tǒng)計協(xié)方差矩陣的特征值中代表預(yù)估計的授權(quán)用戶的特征值之和與其余特征值之和的比值。
【文檔編號】H04B17/00GK103763048SQ201410020409
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】劉媛媛, 李建宇 申請人:中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司