本發(fā)明是一種針對存在窄帶干擾的認知無線電系統(tǒng)的特點，在利用非連續(xù)正交頻分復用(nc-ofdm：non-continuousorthogonalfrequencydivisionmultipleaccess)技術的認知無線電系統(tǒng)中，在存在窄帶干擾的情況下進行認知用戶同步的方法，屬于抗干擾信息傳輸技術領域。

背景技術：

由于現(xiàn)代通信系統(tǒng)在頻譜資源的利用表現(xiàn)出不均衡性，利用率較低的頻段呈現(xiàn)出動態(tài)、大小不等以及零散等特點，認知無線電(cognitiveradio，cr)能夠基于自身能力對周圍通信環(huán)境狀態(tài)進行檢測，尋找這些未被授權用戶使用的頻譜，并且能夠根據(jù)頻譜狀態(tài)的改變實現(xiàn)實時通信，從而實現(xiàn)了頻譜資源的再利用。認知無線電技術一般通過對通信環(huán)境的感知獲取頻譜資源使用狀態(tài)，尋找授權用戶的空閑頻譜并利用其進行通信，這為緩解頻譜資源缺乏和無線業(yè)務需求的日益增長之間的矛盾提供了新的途徑，能夠有效提高頻譜利用率。

正交頻分復用(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，ofdm)技術能夠容易實現(xiàn)頻譜資源控制，通過頻率的組合、裁剪充分頻譜資源利用，具有靈活控制和分配頻譜的特點。于是，基于頻譜池思想的非連續(xù)ofdm(non-contiguousofdm，nc-ofdm)技術成為認知無線電最佳的備選方案之一。

隨著近年來通信技術的發(fā)展，通信服務的多樣化，人們對多媒體服務需求的快速增長，也對通信網(wǎng)絡提供服務的內(nèi)容、速度以及質量都提出了新的要求，這使得通信系統(tǒng)的更新?lián)Q代周期更短，如何提高通信數(shù)據(jù)傳輸速率成為研究的熱點。

一般認知無線電系統(tǒng)能夠應用于數(shù)字電視和窄帶無線麥克風所使用的超高頻帶(uhf)，認知無線電系統(tǒng)不能對主用戶系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，認知用戶可以在對主用戶通信產(chǎn)生的干擾受限的情況下，利用主用戶未占用的子載波進行通信，所以如何提高認知用戶的通信能力成為新的研究方向。

技術實現(xiàn)要素：

技術問題：本發(fā)明主要是在存在窄帶干擾的認知無線電系統(tǒng)中，通過利用認知用戶的前導序列估計認知用戶信號的同步位置，消除窄帶干擾對認知用戶信號接收的影響，提高認知用戶接收信號同步的準確性，避免產(chǎn)生符號間干擾，從而減小認知用戶的誤碼率。

技術方案：本發(fā)明主要包括兩個方面的內(nèi)容：一是針對存在窄帶干擾的nc-ofdm認知無線電系統(tǒng)建立認知用戶接收信號模型；二是在schmidl&cox(s&c)算法的基礎上，提出利用前導序列進行認知用戶符號定時同步的改進算法，通過估計和消除窄帶干擾對定時測度的影響，從而提高認知用戶接收信號定時同步的準確性，避免接收信號受到符號間干擾的影響。

首先建立存在窄帶干擾的nc-ofdm認知無線電系統(tǒng)建立認知用戶接收信號模型，然后分析認知用戶接收信號定時測度的統(tǒng)計特性，最后，通過估計和消除窄帶干擾對定時測度的影響，確定定時同步位置，從而得到準確的認知用戶接收信號；

建立存在窄帶干擾的nc-ofdm認知無線電系統(tǒng)建立認知用戶接收信號模型方法為：

假設一個n點fft/ifft調制和解調的nc-ofdm認知無線電系統(tǒng)，即子載波數(shù)目為n，n為正整數(shù)，信號以幀結構傳輸，每幀包含p個nc-ofdm符號，每個符號循環(huán)前綴長度為ncp，在nc-ofdm發(fā)送端一個符號只有α個子載波進行調制，α表示認知用戶占用的符號總數(shù)，認知用戶占用的子載波序列下標集合表示為向量且ij∈{-n/2,...,n/2-1}，其余不屬于該集合的子載波都置零以避免對主用戶產(chǎn)生干擾，考慮多徑信道，每個信道有不同的信道衰減系數(shù)h(l)，l表示第l個信道，并考慮存在載波頻偏v，加性高斯白噪聲w(n)，窄帶干擾(nbi)表示為其中b表示幅度，f為歸一化頻率，是相位，nbi的相位和頻率應該是緩慢變化的，nbi模型對用于計算時間測度結果的連續(xù)的部分nc-ofdm符號是不變的。

利用前導序列進行認知用戶信號定時同步的方法為：

根據(jù)接收端s&c算法計算定時測度值，計算每個樣值的延遲相關值，即定時測度的分子部分，并估計和消除窄帶干擾的部分，得到新的定時測度值，在得到的新的定時測度值中搜索其中的最大值，即為定時同步得到的接收信號起始位置；

有益效果：本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

①建立存在窄帶干擾的nc-ofdm認知無線電系統(tǒng)建立認知用戶接收信號模型；

②提出的定時同步算法對窄帶干擾具有較強的魯棒性；

③提出的定時同步算法計算復雜度較s&c算法基本一樣，且不需要知道窄帶干擾的先驗信息等參數(shù)。

具體實施方式

本發(fā)明所述的存在窄帶干擾的認知無線電系統(tǒng)中認知用戶接收信號同步的方法包括以下內(nèi)容：

①系統(tǒng)模型：考慮一個n點fft/ifft調制和解調的nc-ofdm系統(tǒng)，信號以幀結構傳輸，每幀包含p個nc-ofdm符號，每個符號循環(huán)前綴長度為ncp，離散時間信號表示為：

其中第p個nc-ofdm符號的第n個樣值為:

其中是第p個符號第k個子載波發(fā)送的數(shù)據(jù)符號，在nc-ofdm發(fā)送端只有α個子載波進行調制，認知用戶占用的子載波序列下標集合表示為向量且ij∈{-n/2,...,n/2-1}，其余不屬于該集合的子載波都置零以避免對主用戶產(chǎn)生干擾，即當時發(fā)送信號經(jīng)過多徑衰減和cfo時，nc-ofdm接收端接收到的信號為：

其中，h(l)是第l條路徑的信道系數(shù)，v是歸一化頻偏，w(n)是加性高斯白噪聲，第二項表示nbi，其中b表示幅度，f為歸一化頻率，是相位，nbi的相位和頻率應該是緩慢變化的，nbi模型對用于計算時間測度結果的連續(xù)的部分nc-ofdm符號是不變的。

②s&c算法使用每幀的第一個nc-ofdm符號作為前導序列，前導序列由相同的兩部分組成，每段時域序列都是n/2個樣值，其自相關操作為：

其中*表示復共軛，r(n)在沒有噪聲和干擾的情況下，在n∈{-ncp+l-1,...,0}中應該有最大值，假設信道時延擴展l≤ncp，n/2個樣值的接收信號能量為：

那么定義定時測度為：

則，由定時測度最大值確定的幀同步起始位置為：

r(n)和p(n)的計算可以利用前后兩次計算的迭代關系進行計算，所以能夠以很低的復雜度重復計算，可以得到cfo的估計為：

式中arg{}表示復數(shù)的幅角。

假設對樣值ns做定時同步，即-ncp+l-1≤ns≤0，接收信號為：

其中a(ns)表示nc-ofdm信號經(jīng)過信道的輸出：

將式(9)代入(4)式，假設w(n)＝0，又當n＝{-ncp+l-1,...,n/2-1}有a(n)＝a(n+n/2)，整理計算過程得到

因為v與k和f相比很小，所以|k-f|對b有較大影響，在nc-ofdm認知無線電系統(tǒng)中，靠近nbi頻率的子載波是關閉的，即再結合(2)式，所以可以忽略后兩項，則高信噪比條件下的近似為：

假設接收的有用信號是零均值，方差為的高斯隨機變量，則：

根據(jù)上式中接收前導序列功率，干擾功率，載波頻偏v和nbi頻率f，定時測度會衰減，而且，對于突發(fā)傳輸，因為nbi會在nc-ofdm幀發(fā)送前就觀測到，這樣在很高的信干比(sir)條件下依然可能會引起同步錯誤。對于r(n)自相關窗口在前導序列前后的樣值時，期望的結果是：

e[r(ns)]≈b²nexp(jπf)/2,(14)

③認知用戶抗窄帶干擾的定時同步算法：估計出窄帶干擾對定時測度分子的影響b²nexp(jπf)/2，并將其從r(n)中去除，可以得到較好的定時估計。因為l≤ncp，e[r(n)]在無噪聲，無干擾時的非零值會占據(jù)ncp+n個樣值，即在最佳同步點(n＝0)的前面有n/2和后面有ncp+n/2個樣值，這意味著n＜-n/2或者n＞ncp+n/2，e[r(n)]滿足(14)式，即對于該范圍中的n，r(n)能夠當作b²nexp(jπf)/2的估計，因為實際中nbi的瞬時頻率是時變的，b²nexp(jπf)/2項在采樣時刻n的估計能夠通過r(n-n/2)和r(n+n/2+ncp)平均得到，通過以上兩個采樣時刻能夠得到有效的估計，(13)式中最后一項的估計，即nbi對定時測度的影響：

為了提高估計精度，再考慮r(n+n)和r(n+n+ncp)兩項，則

本發(fā)明提出的算法步驟如下：

步驟3-1：接收信號樣值計算延遲自相關值并緩存r(n)，利用迭代公式計算下一個樣值；

步驟3-2：估計接收信號樣值的窄帶干擾對延遲自相關的影響j(n)；

步驟3-3：更新定時測度值m′(n)，其中，

r′(n)＝r(n)-j(n)

p′(n)＝(p(n)+p(n+n/2+ncp)+p(n+n+ncp))/3

m′(n)＝|r′(n)/p′(n)|²

根據(jù)尋找新定時測度的最大值確定同步位置。

此算法的基本思路是利用前導序列在s&c算法的基礎上通過估計和消除窄帶干擾對定時測度的影響，從而得到準確的認知用戶接收信號的定時同步。而且在此算法中，不需要提前獲得窄帶窄帶干擾的參數(shù)信息，并且與利用cp同步的方式相比，該算法對于可利用的子載波數(shù)目要求也有所降低。