本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于寬帶頻譜感知的噪聲功率估計(jì)方法和裝置。

背景技術(shù)：

在通信技術(shù)領(lǐng)域中，固定頻譜分配政策導(dǎo)致頻譜利用率低下。為了提高頻譜利用率，人們提出采用認(rèn)知無線電技術(shù)動態(tài)使用頻譜空穴，認(rèn)知無線電技術(shù)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是寬帶頻譜感知，主要用于尋找當(dāng)前頻段內(nèi)未被授權(quán)用戶占用的頻譜空穴，以提高頻譜的利用率。在寬帶頻譜感知的方法中，能量檢測是一種簡單實(shí)用的方法。但是要完成能量檢測，需要事先估計(jì)寬帶頻段內(nèi)的噪聲功率，根據(jù)估計(jì)的噪聲功率選擇合適的門限，并對寬頻段內(nèi)的信號進(jìn)行判決。

然而，在現(xiàn)有技術(shù)的寬帶頻譜感知中，對于寬頻段內(nèi)的各個(gè)頻點(diǎn)是否存在信號是不具備先驗(yàn)信息的，所以準(zhǔn)確進(jìn)行噪聲功率估計(jì)就成了一個(gè)難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中在寬頻段內(nèi)的各個(gè)頻點(diǎn)是否存在信號不具備先驗(yàn)信息情況下，無法準(zhǔn)確進(jìn)行噪聲功率估計(jì)的問題，提出了本發(fā)明的一種用于寬帶頻譜感知的噪聲功率估計(jì)方法和裝置，以便解決或至少部分地解決上述問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于寬帶頻譜感知的噪聲功率估計(jì)方法，所述方法包括：

計(jì)算寬帶頻段內(nèi)的信號的功率譜；

估計(jì)所述功率譜的概率密度函數(shù)；

確定所述概率密度函數(shù)的局部極大值點(diǎn)；

根據(jù)所述局部極大值點(diǎn)估計(jì)噪聲功率。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種噪聲功率估計(jì)裝置，所述噪聲功率估計(jì)裝置包括：

功率譜計(jì)算模塊，用于計(jì)算寬帶頻段內(nèi)的信號的功率譜；

概率密度函數(shù)估計(jì)模塊，用于估計(jì)所述功率譜的概率密度函數(shù)；

局部極大值點(diǎn)確定模塊，用于確定所述概率密度函數(shù)的局部極大值點(diǎn)；

噪聲功率估計(jì)模塊，用于根據(jù)所述局部極大值點(diǎn)估計(jì)噪聲功率。

綜上所述，本發(fā)明首先計(jì)算寬帶頻段內(nèi)的信號的功率譜，并統(tǒng)計(jì)信號功率譜的概率密度函數(shù)，將概率密度函數(shù)的局部極大值點(diǎn)作為噪聲功率?？梢姡捎帽景l(fā)明的方案，在寬帶頻段內(nèi)的頻點(diǎn)的信號未被占滿且缺乏先驗(yàn)信息的情況下，仍可以準(zhǔn)確估計(jì)噪聲功率，為寬帶頻譜感知的門限設(shè)定提供依據(jù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的一種用于寬帶頻譜感知的噪聲功率估計(jì)方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的仿真信號的功率譜；

圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的仿真信號功率譜的統(tǒng)計(jì)直方圖；

圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的一種用于寬帶頻譜感知的噪聲功率估計(jì)裝置示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路是：鑒于寬帶頻譜感知現(xiàn)有技術(shù)中，在對寬頻段內(nèi)的各個(gè)頻點(diǎn)是否存在信號不具備先驗(yàn)信息的情況下，無法準(zhǔn)確進(jìn)行噪聲功率估計(jì)的問題，本發(fā)明首先計(jì)算寬帶頻段內(nèi)的信號的功率譜，并統(tǒng)計(jì)信號功率譜的概率密度函數(shù)，將概率密度函數(shù)的局部極大值點(diǎn)作為噪聲功率，從而在寬帶頻段內(nèi)的頻點(diǎn)的信號未被占滿且缺乏先驗(yàn)知識的情況下，仍可以準(zhǔn)確估計(jì)噪聲功率。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的一種用于寬帶頻譜感知的噪聲功率估計(jì)方法的流程圖。如圖1所示，該方法包括：

步驟S110，計(jì)算寬帶頻段內(nèi)的信號的功率譜，其中寬頻段內(nèi)的頻點(diǎn)信號沒有先驗(yàn)知識，無法獲知各個(gè)頻點(diǎn)是否存在信號，需對寬頻段內(nèi)的所有信號進(jìn)行功率譜的估計(jì)，本步驟中的功率譜的估計(jì)方法可以采用周期圖法或抽頭譜估計(jì)法。

步驟S120，估計(jì)功率譜的概率密度函數(shù)，可通過計(jì)算信號功率譜的統(tǒng)計(jì)直方圖，作為其概率密度函數(shù)的估計(jì)。

步驟S130，確定概率密度函數(shù)的局部極大值點(diǎn)。

步驟S140，根據(jù)局部極大值點(diǎn)估計(jì)噪聲功率。

周期圖法適用于長信號序列的情況，在有足夠的序列長度時(shí)，可以得到較好的功率譜估值。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，以周期圖法為例，具體說明計(jì)算寬帶頻段內(nèi)的信號的功率譜的方法：

對寬帶頻段內(nèi)的信號x(n)，n＝0,1,...,N-1，依順序均勻分段，N/L為分段數(shù)，每段包含L個(gè)數(shù)據(jù)，段與段之間不重疊。

根據(jù)周期圖法計(jì)算信號x(n)的功率譜為：其中k＝0,1,2,...,L-1，表示不超過N/L的最大整數(shù)，j為虛數(shù)單位

進(jìn)一步地，估計(jì)功率譜的概率密度函數(shù)包括：

計(jì)算信號x(n)的功率譜的最大值和最小值

計(jì)算其中表示不超過的最大整數(shù)。在本步驟中，為了進(jìn)行計(jì)算信號功率譜的統(tǒng)計(jì)直方圖，將功率譜的最大值和最小值之間的數(shù)值區(qū)域均勻劃分為段區(qū)間，每段區(qū)間的長度為以統(tǒng)計(jì)功率譜落入每段區(qū)間的個(gè)數(shù)。

具體的統(tǒng)計(jì)方法為，令功率譜的概率密度函數(shù)h(t)初始值h(t)＝0，對于k＝0,1,2,...,L-1，分別判斷是否滿足若判斷為是，則令功率譜的概率密度函數(shù)h(t)＝h(t)+1。統(tǒng)計(jì)區(qū)間包含功率譜的最大值和最小值之間的所有數(shù)值，對每個(gè)功率譜均可找到落入的區(qū)間，在判斷當(dāng)前的功率譜的時(shí)候，需遍歷所有的區(qū)間，直到找到當(dāng)前的功率譜所在的區(qū)間為止，然后將對應(yīng)區(qū)間的概率密度函數(shù)加1，則概率密度函數(shù)就代表了每段區(qū)間包含的信號功率譜的個(gè)數(shù)。

再進(jìn)一步地，確定概率密度函數(shù)的局部極大值點(diǎn)包括：

令

當(dāng)m＝0時(shí)，判斷h(0)是否大于h(1)，若判斷為是，則進(jìn)一步判斷h(0)是否大于預(yù)設(shè)門限值，若判斷為是，則將存入局部極大值點(diǎn)的集合，其中預(yù)設(shè)門限值大于0。

當(dāng)時(shí)，判斷h(m)是否大于h(m-1)，以及判斷h(m)是否大于h(m+1)，若均判斷為是，則進(jìn)一步判斷h(m)是否大于預(yù)設(shè)門限值，若判斷為是，則將存入局部極大值點(diǎn)的集合。

時(shí)，判斷是否大于若判斷為是，則進(jìn)一步判斷是否大于預(yù)設(shè)門限值，若判斷為是，則將存入局部極大值點(diǎn)的集合，其中預(yù)設(shè)門限值大于0。

在確定概率密度函數(shù)的局部極大值點(diǎn)的步驟中，判斷每一點(diǎn)的值與其左右各點(diǎn)的值的大小，以及與預(yù)設(shè)門限值的大小，在當(dāng)前點(diǎn)的值既大于左右各點(diǎn)的值，又大于預(yù)設(shè)門限值的情況下，才認(rèn)為是局部極大值點(diǎn)。因?yàn)槊總€(gè)點(diǎn)代表的是功率譜落入功率譜的最大值和最小值之間的數(shù)值區(qū)域劃分的每段區(qū)間的個(gè)數(shù)，所以最終將局部極大值點(diǎn)對應(yīng)的區(qū)間的中心值計(jì)入局部極大值點(diǎn)的集合。

上述確定概率密度函數(shù)的局部極大值點(diǎn)的步驟中，最終的到的局部極大值點(diǎn)的集合中的數(shù)值有可能為一個(gè)，有可能為多個(gè)。當(dāng)只有一個(gè)極大值點(diǎn)的時(shí)候，將該局部極大值點(diǎn)作為噪聲功率的估計(jì)值；當(dāng)有多個(gè)局部極大值點(diǎn)的時(shí)候，可能包括頻點(diǎn)信號的極大值點(diǎn)，以及噪聲的極大值點(diǎn)，但是相比較信號來說，噪聲較弱，那么在這種情況下，選擇局部極大值點(diǎn)中最小的作為噪聲功率的估計(jì)值。又進(jìn)一步地，圖1所示的方法中根據(jù)局部極大值點(diǎn)估計(jì)噪聲功率包括：

判斷局部極大值點(diǎn)的集合中的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；

當(dāng)只存在一個(gè)局部極大值點(diǎn)時(shí)，將該局部極大值點(diǎn)作為噪聲功率的估計(jì)值；

當(dāng)存在多個(gè)所局部極大值點(diǎn)時(shí)，進(jìn)一步比較多個(gè)局部極大值點(diǎn)的大小，將最小的局部極大值點(diǎn)作為噪聲功率的估計(jì)值。

在一個(gè)具體的例子中，仿真了一段長度為N＝32768的信號x(n)，其中包含多個(gè)電平不同的窄帶信號，根據(jù)周期圖法功率譜估計(jì)時(shí)取L＝4096，仿真的噪聲功率為-80dBm。圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的仿真信號的功率譜。如圖2所示，因?yàn)閷?shí)信號功率譜的對稱性，圖2中只畫出了k＝0,1,...,2047的部分。圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的仿真信號功率譜的統(tǒng)計(jì)直方圖。如圖3所示，其縱坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成了頻次占比，即h(m)/L，設(shè)定門限值為0.1，從圖3所示的統(tǒng)計(jì)直方圖可以得到一個(gè)局部極大值點(diǎn)為-79.8575dBm，與仿真的噪聲功率-80dBm非常接近，說明了本發(fā)明所提方法的有效性。

圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的一種用于寬帶頻譜感知的噪聲功率估計(jì)方法裝置示意圖。如圖4所示，用于寬帶頻譜感知的噪聲功率估計(jì)方法裝置400包括：

功率譜計(jì)算模塊410，用于計(jì)算寬帶頻段內(nèi)的信號的功率譜。

概率密度函數(shù)估計(jì)模塊420，用于估計(jì)功率譜的概率密度函數(shù)。

局部極大值點(diǎn)確定模塊430，用于確定概率密度函數(shù)的局部極大值點(diǎn)。

噪聲功率估計(jì)模塊440，用于根據(jù)局部極大值點(diǎn)估計(jì)噪聲功率。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，功率譜計(jì)算模塊410具體用于：

對信號x(n)，n＝0,1,...,N-1，依順序均勻分段，N/L為分段數(shù)，每段包含L個(gè)數(shù)據(jù)，段與段之間不重疊；

根據(jù)周期圖法計(jì)算信號x(n)的功率譜為：其中k＝0,1,2,...,L-1，表示不超過N/L的最大整數(shù)，j為虛數(shù)單位

進(jìn)一步地，概率密度函數(shù)估計(jì)模塊420具體用于：

計(jì)算信號x(n)的功率譜的最大值和最小值

計(jì)算其中表示不超過的最大整數(shù)；

令功率譜的概率密度函數(shù)h(t)初始值h(t)＝0，對于k＝0,1,2,...,L-1，分別判斷是否滿足若判斷為是，則令功率譜的概率密度函數(shù)h(t)＝h(t)+1。

再進(jìn)一步地，局部極大值點(diǎn)確定模塊430具體用于：

令

當(dāng)m＝0時(shí)，判斷h(0)是否大于h(1)，若判斷為是，則進(jìn)一步判斷h(0)是否大于預(yù)設(shè)門限值，若判斷為是，則將存入局部極大值點(diǎn)的集合，其中預(yù)設(shè)門限值大于0；

當(dāng)時(shí)，判斷h(m)是否大于h(m-1)，以及判斷h(m)是否大于h(m+1)，若均判斷為是，則進(jìn)一步判斷h(m)是否大于預(yù)設(shè)門限值，若判斷為是，則將存入局部極大值點(diǎn)的集合；

時(shí)，判斷是否大于若判斷為是，則進(jìn)一步判斷是否大于預(yù)設(shè)門限值，若判斷為是，則將存入局部極大值點(diǎn)的集合，其中預(yù)設(shè)門限值大于0。

又進(jìn)一步地，噪聲功率估計(jì)模塊440具體用于：

判斷局部極大值點(diǎn)的集合中的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。

當(dāng)只存在一個(gè)局部極大值點(diǎn)時(shí)，將該局部極大值點(diǎn)作為噪聲功率的估計(jì)值。

當(dāng)存在多個(gè)局部極大值點(diǎn)時(shí)，進(jìn)一步比較多個(gè)局部極大值點(diǎn)的大小，將最小的局部極大值點(diǎn)作為噪聲功率的估計(jì)值。

需要說明的是，圖4所示裝置的各實(shí)施例與圖1所示方法的各實(shí)施例對應(yīng)相同，上文已有詳細(xì)說明，在此不再贅述。

綜上所述，本發(fā)明首先計(jì)算寬帶頻段內(nèi)的信號的功率譜，并統(tǒng)計(jì)信號功率譜的概率密度函數(shù)，將概率密度函數(shù)的局部極大值點(diǎn)作為噪聲功率。可見，采用本發(fā)明的方案，在寬帶頻段內(nèi)的頻點(diǎn)的信號未被占滿且缺乏先驗(yàn)信息的情況下，仍可以準(zhǔn)確估計(jì)噪聲功率，為寬帶頻譜感知的門限設(shè)定提供依據(jù)。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，在本發(fā)明的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行其他的改進(jìn)或變形。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的具體描述只是更好的解釋本發(fā)明的目的，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。