本發(fā)明涉及D2D通信領(lǐng)域，具體涉及一種基于秩和檢驗(yàn)的D2D通信頻譜共享方法和裝置。
背景技術(shù)：
：由于多媒體業(yè)務(wù)需求的急劇增長，頻譜資源短缺成為移動通信面臨的挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，不允許用戶之間直接通信。通信過程由基站轉(zhuǎn)接分為2個階段:發(fā)射機(jī)到基站，即上行鏈路；基站到接收機(jī)，即下行鏈路。這種集中式工作方式便于對資源和干擾的管理與控制，但資源利用效率低。為了提高頻譜利用效率，2008年高通公司首次提出D2D通信技術(shù)。D2D通信是一種在蜂窩系統(tǒng)的控制下，允許終端用戶通過共享小區(qū)資源進(jìn)行直接通信的新技術(shù)，參見圖1。D2D通信網(wǎng)絡(luò)中的用戶分為兩類：1)傳統(tǒng)蜂窩用戶：他們通過基站進(jìn)行通信；2)D2D用戶：他們可以通過基站進(jìn)行蜂窩通信，也可以不通過基站直接通信，并且能夠?qū)崿F(xiàn)2種通信模式的切換。如附圖1所示，在使用D2D通信中的專用模式時，D2D用戶檢索蜂窩通信剩余的資源(頻譜)，當(dāng)存在空閑的頻譜時，D2D用戶占用一部分獨(dú)立資源進(jìn)行端到端的直接通信。由于各部分資源相互正交，D2D通信與蜂窩通信之間不會產(chǎn)生干擾?？梢?，頻譜共享的前提條件和首要任務(wù)是檢測空閑頻譜。現(xiàn)有的頻譜檢測方法主要有能量檢測法、協(xié)方差檢測法等。能量檢測法需要知道噪聲功率，當(dāng)不知道噪聲功率時，能量檢測法的性能會嚴(yán)重下降。協(xié)方差檢測法能夠利用不同D2D用戶接收信號之間的相關(guān)性來實(shí)現(xiàn)頻譜檢測，但是在實(shí)際應(yīng)用中，接收信號之間的相關(guān)性較低甚至不相關(guān)，此時該頻譜檢測性能較差。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供通過頻譜檢索，實(shí)現(xiàn)D2D通信頻譜共享，可以在信號相關(guān)性低的環(huán)境下工作，且檢測結(jié)果不受噪聲不確定度影響。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的具體方案是：包括如下步驟：S1：通過采樣器對M個D2D用戶N個時刻的接收信號進(jìn)行采樣，得到采樣點(diǎn)數(shù)值，并將采樣點(diǎn)數(shù)值傳輸給數(shù)值計算器；S2：通過數(shù)值計算器處理采樣點(diǎn)數(shù)值得到瞬時功率向量；S3：計算秩R和統(tǒng)計量T，并利用秩R和統(tǒng)計量T的計算結(jié)果，與每個D2D用戶接收信號的功率進(jìn)行比較；S4：通過設(shè)定的虛警概率Pf，計算判決門限η；S5：根據(jù)上述門限進(jìn)行判決，判斷所檢測頻譜是否被占用，以決定是否允許D2D用戶利用該頻譜進(jìn)行端到端的直接通信。D2D頻譜共享的關(guān)鍵是檢索空閑頻譜，本發(fā)明將該問題表述為如下二元假設(shè)檢驗(yàn)問題：xm(n)=wm(n),H0hmsm(n)+wm(n),H1,n=1,2,...,N]]>其中，xm(n)表示第m(m＝1,…,M)個D2D用戶在第n點(diǎn)采樣所得的信號，wm(n)表示均值為零、方差為σ2的加性高斯白噪聲，hm表示第m個D2D用戶接收信道的信道增益，假設(shè)信道是一個瑞利慢衰落sm(n)。H0表示頻譜空閑，H1表示頻譜被占用。更進(jìn)一步，根據(jù)接收信號采樣值判斷頻譜是否被占用的具體步驟如下：1：采樣器對接收信號x(t)進(jìn)行采樣，得到采樣點(diǎn)數(shù)值xm(n)(m＝1,2,…,M；n＝1,2,…,N)，其中，xm(n)表示第m個D2D用戶第n時刻接收到信號的采樣點(diǎn)數(shù)值；2：重構(gòu)采樣點(diǎn)數(shù)值，得到接收信號向量X：X＝[x1(1)x1(2)…x1(N)…xM(1)xM(2)…xM(N)]計算接收信號瞬時功率向量：P＝X*X＝[p1(1)p1(2)…p1(N)…pM(1)pM(2)…pM(N)]3：通過排序?qū)⑺矔r功率向量轉(zhuǎn)化為秩的信息：R＝[r1(1)r1(2)…r1(N)…rM(1)rM(2)…rM(N)]其中，R中的元素的取值范圍為1到MN之間的整數(shù)。例如若P中有p1(1)<p1(2)<p1(3)<…，則秩向量R中的元素分別為r1(1)＝1，r1(2)＝2，r1(3)＝3，…；4：計算檢驗(yàn)統(tǒng)計量，記為T，T=12MN2(MN+1)Σm=1Mrm2-3(MN+1);]]>由于H0時(即頻譜空閑時)T服從自由度為M-1的卡方分布，結(jié)合給定的虛警概率Pf計算判決門限η，η＝F-1(1-Pf)；且0≤Pf≤1，F(xiàn)(·)表示自由度為M-1的卡方分布的累積分布函數(shù)；5：判決器根據(jù)如下準(zhǔn)則進(jìn)行判決：當(dāng)T>η時，判決頻譜被占用，禁止D2D用戶利用該頻譜進(jìn)行端到端的直接通信；當(dāng)T≤η時，判決頻譜空閑，允許D2D用戶利用該頻譜進(jìn)行端到端的直接通信。同時，本發(fā)明還提供了一種基于秩和檢驗(yàn)的D2D通信頻譜共享裝置，包括采樣器、數(shù)值計算器和判決器，采樣器用于對接收信號x(t)進(jìn)行采樣，并將采樣點(diǎn)數(shù)值xm(n)傳輸給數(shù)值計算器，數(shù)值計算器用于對采樣點(diǎn)數(shù)值xm(n)進(jìn)行計算，得到瞬時功率向量P、秩R和統(tǒng)計量T，并根據(jù)設(shè)定的虛警概率Pf，計算判決門限η，并將計算結(jié)果傳輸給判決器，判決器用于接收數(shù)值計算器的計算結(jié)果并根據(jù)判決門限進(jìn)行判決，決定是否允許D2D用戶利用該頻譜進(jìn)行端到端的直接通信。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：(1)由于本發(fā)明計算檢驗(yàn)統(tǒng)計量和理論判決門限時，不需要預(yù)知主用戶和噪聲的先驗(yàn)信息，因此實(shí)現(xiàn)了頻譜盲檢測；(2)本發(fā)明檢驗(yàn)統(tǒng)計量與噪聲方差無關(guān)，因而不受噪聲不確定度影響，相比于能量檢測法，提高了檢測魯棒性，即因?yàn)楸景l(fā)明不受噪聲的影響，提高了精確度和穩(wěn)健性；(3)由于本發(fā)明比較的只是不同D2D用戶的功率，相比于協(xié)方差檢測法，本發(fā)明對相關(guān)性沒有要求，因此該本發(fā)明可以用于D2D用戶信號相關(guān)性低的場景；(4)本發(fā)明當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)發(fā)生變化時不需要重新計算判決門限便可以達(dá)到恒虛警概率的要求，克服了現(xiàn)有技術(shù)需要重復(fù)計算門限的缺陷，降低了運(yùn)算量。附圖說明圖1是D2D通信的布置圖；圖2是本發(fā)明檢測方法的流程示意圖；圖3是本發(fā)明檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明方法與協(xié)方差檢測法在不同相關(guān)性相比的性能曲線對比圖，場景：信道為高斯白噪聲信道，M＝4，N＝400，虛警概率Pf為0.1；圖5是本發(fā)明方法與能量檢測法在不同噪聲不確定度相比的性能曲線對比圖，場景：信道為高斯白噪聲信道，M＝4，N＝400，虛警概率Pf為0.1；圖6是本發(fā)明方法與已有方法(能量檢測法、協(xié)方差檢測法)相比的性能曲線對比圖，場景：信道為高斯白噪聲信道，M＝4，N＝400，相關(guān)系數(shù)為0.3，噪聲不確定度為2dB，信噪比為-6dB。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖表和具體實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。為使本發(fā)明更加直觀，結(jié)合附圖2、附圖3及實(shí)施例作進(jìn)一步說明，本實(shí)施例的基于秩和檢驗(yàn)的D2D通信頻譜共享方法，具體實(shí)施步驟表述如下：1：通過采樣器對接收信號進(jìn)行采樣，采樣器對接收信號x(t)進(jìn)行采樣，得到采樣點(diǎn)數(shù)值xm(n)(m＝1,2,…,M；n＝1,2,…,N)，m為D2D用戶序號，n為采樣時刻；2：數(shù)值計數(shù)器收集全部的采樣點(diǎn)數(shù)值，并計算接收信號瞬時功率向量P＝[p1(1)p1(2)…p1(N)…pM(1)pM(2)…pM(N)]；計算接收信號瞬時功率向量向量P：P＝X*X＝[p1(1)p1(2)…p1(N)…pM(1)pM(2)…pM(N)]3：數(shù)值計算器通過排序得到秩向量：R＝[r1(1)r1(2)…r1(N)…rM(1)rM(2)…rM(N)]其中，R中的元素的取值范圍為1到MN之間的整數(shù)。4：計算判決門限η：η＝F-1(1-Pf)其中，F(xiàn)(·)表示自由度為M-1的卡方分布的累積分布函數(shù)，Pf為虛警概率，且0≤Pf≤1；5：判決器進(jìn)行判決的準(zhǔn)則為：若T>η，則判決頻譜被占用，不允許D2D用戶利用該頻段進(jìn)行端到端的直接通信；當(dāng)T≤η時，判決頻譜空閑，允許D2D用戶利用該頻段進(jìn)行端到端的直接通信。本實(shí)施例的基于秩和檢驗(yàn)的D2D通信頻譜共享裝置，包括采樣器、數(shù)值計算器和判決器，采樣器用于對接收信號進(jìn)行采樣，并將采樣點(diǎn)數(shù)值傳輸給數(shù)值計算器，數(shù)值計算器用于對采樣點(diǎn)數(shù)值進(jìn)行計算，并將計算結(jié)果傳輸給判決器，判決器用于接收數(shù)值計算器的計算結(jié)果并根據(jù)判決門限η進(jìn)行判決，根據(jù)判決結(jié)果，決定是否允許D2D用戶利用該頻譜進(jìn)行端到端的直接通信。參見圖4，場景：信道為高斯白噪聲信道，M＝4，N＝400，虛警概率Pf為0.1；由圖中性能曲線可知，當(dāng)天線之間的相關(guān)性變低時，協(xié)方差檢測法的性能明顯下降，但本發(fā)明方法性能與D2D用戶相關(guān)系數(shù)無關(guān)，仍然能保持較好的檢測性能。參見圖5，場景：信道為高斯白噪聲信道，M＝4，N＝400，虛警概率Pf為0.1；由圖中性能曲線可知，能量檢測法受噪聲不確定度影響，當(dāng)不確定度增加時，能量檢測法的性能會大大下降。本發(fā)明算法由于不需要噪聲功率的先驗(yàn)知識，因此對噪聲不確定性穩(wěn)健。參見圖6，場景：信道為高斯白噪聲信道，M＝4，N＝400，相關(guān)系數(shù)為0.3，噪聲不確定度為2dB，信噪比為-6dB；為了充分驗(yàn)證本發(fā)明算法的有效性，圖6在實(shí)際的D2D檢測場景中通過ROC性能曲線對比了本發(fā)明算法與協(xié)方差檢測法和能量檢測法的性能。由圖可以看出，本發(fā)明克服了協(xié)方差檢測法和能量檢測法的缺陷，具有更好的檢測性能。當(dāng)前第1頁1 2 3