[发明专利]基于双谱对角切片实现频谱感知的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及基于双谱对角切片实现频谱感知的方 法。

背景技术

认知无线电(Cognitive Radio)是为了解决未来无线通信中可用频谱 资源紧缺，传统固定频谱分配机制利用率不高而提出的一种频谱共享技 术，认知无线电通过对周围无线环境进行频谱感知(Spectrum Sensing)， 并基于频谱感知的结果选择合适的空闲工作频段，调整无线传输参数，即 避免了对该频段上有使用许可用户系统的干扰，又保证了认知设备的传 输。认知无线电中一个关键技术和实现的前提就是如何保证准确而快速的 进行频谱感知。

在认知无线电系统中，常见的单节点频谱感知方法包括能量检测，匹 配滤波器，循环平稳特征检测等，这些感知方法都存在着不足，如能量检 测器虽然实现比较简单，但是容易受到信道和噪声不确定性的影响。在单 节点频谱感知的基础上基于协作的办法提出了协作感知的方法，即融合多 个认知设备频谱感知的结果做出总的判决，从而能降低由于无线信道衰落 或阴影对感知性能的影响。

在认知无线电系统中，常见的频谱感知方法按照参与感知的节点及其 方式分可以分为单节点感知，多节点协作感知和网络辅助感知三类。这三 类感知方法各有其优缺点，单节点感知的优点在于实现简单，不需要节点 之间交互控制信息和数据信息。缺点是感知性能容易受到无线信道衰落或 阴影的影响。多节点协作感知的方法，即融合多个认知设备频谱感知的结 果做出总的判决，能降低由于无线信道衰落或阴影对感知性能的影响。但 是由于多个认知设备协同工作会带来很多问题，如需要增加信道来传输交 互各自的感知信息，增加了处理的时延。此外由于恶意节点的出现可能会 破坏感知结果。

在单节点感知技术中，匹配滤波器和循环平稳特性检测都属于信号特 征检测的方法，需要检测端事先知道主系统用户的信号特点。而能量检测 则是一种盲检测技术，因此具有较大的适应范围，并且实现起来比较简单。 但是缺点在于不确定的噪声容易造成检测错误。此外，无线信道的衰落也 会影响检测性能。

针对盲检测技术，我们需要解决如下几个方面的问题：

1)应该具有对抗噪声不确定性的能力，即检测性能与噪声功率变化无 关，这样可以避免对噪声进行估计。

2)在低信噪比的情况下也能实现检测，这样可以提高检测性能，从而 避免由于漏检，次要用户给主用户带来干扰。

应用场景如图1所示，主用户(Primary User)和认知次要用户 (Secondary User)共享使用频谱，要保证认知设备不会影响主用户系统的 正常工作。

在IEEE 802.22标准草案D1.0列举的频谱感知方法中提出了利用协方 差矩阵结合特征值的方法，但是存在着计算复杂，并且在低信噪比情况下 检测性能差，不能有效对抗噪声不确定性的缺点。此外在802.22中有一个 提案(802.22-07/0359r0)提出利用信号的高阶统计量和噪声的高阶统计 量不同的性质来区分信号和噪声，由于高斯噪声的高阶统计量为0，而信 号的高阶统计量不为0，但是该提案的方法需要计算多阶统计量，实现上比 较复杂，并且不够直观。

发明内容

本发明的目的是提供一种适合于低信噪比情况下快速通过双谱对角 切片分析进行频谱感知和判决的方法。

为实现上述目的，一种认知无线电中基于双谱对角切片的频谱感知方 法，包括步骤：

a.在天线接收到射频信号之后进行下变频从射频变到中频或者基带；

b.下变频之后的信号经过滤波，得到要感知的频段的接收信号；

c.对滤波之后的信号抽样量化，得到信号序列；

d.抽样后的接收信号序列计算其双谱对角切片；

e.将双谱对角切片的幅值和门限进行比较，判别出空闲的频谱空洞。

本发明的方法可以快速和有效的寻找空闲的频谱资源，并减少了计算 时间。

附图说明

图1是一个典型的认知无线电应用场景；

图2是基于双谱对角切片的频谱感知功能模块示意图；

图3为基于双谱对角切片进行频谱判别的流程图；

图4为ATSC和无线麦克风信号在信噪比为-18dB时的双谱等高图；

图5是这两种信号的双谱对角切片图；