[发明专利]基于非线性变换的信号估计与检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及随机信号的估计与检测技术，更具体地说涉及一种在低信噪比 (SNR)环境下基于非线性变换的信号估计与检测方法。

背景技术

当前，日益增长的频谱需求和有限的频谱资源之间的矛盾日显突出，严重 制约了无线通信业务的发展。但从实际无线频谱运营情况来看，已分配(授权) 的无线频谱在时间和空间上存在着相当程度的闲置，根据对无线频谱的测量数 据报告，大部分无线频段的频谱使用率仅在10％左右。如何有效解决频谱资源稀 缺与频谱使用率低之间的矛盾成为无线通信中的关键技术。赋予认知无线电 (CR)功能的UWB被公认为高效利用无线频谱的有效技术手段。

UWB以其高速率、高性能、低功耗、低成本的优势在高速短距离无线通信， 特别是流媒体业务中具有巨大的发展潜力。正确感知和检测周围无线环境是认 知超宽带(CR-UWB)工作的前提。目前认知无线信号感知与检测的方法可分 为三大类：能量检测、匹配滤波器检测和循环平稳特征检测。能量检测是以干 扰温度为度量标准寻找合适的频谱空穴，是目前应用最广的一种频谱检测方法。 但能量检测的干扰温度门限难以确定，而且当信号极弱时，难以区分信号、噪 声和干扰，不适宜像UWB这样低信噪比的应用环境。匹配滤波器检测结构简单， 可以达到很高的信号检测准确率，但需要了解被检测信号的先验知识，从而限 制了这种检测方法的应用，也不适合在UWB环境下的使用。基于信号循环平稳 特征检测可以根据频谱三维空间中信号特征峰值位置的不同来区分信号，不需 要了解检测信号的先验知识，在很低的SNR情况下仍然具有很好的检测性能。 但基于循环平稳特征检测需要对信号进行高阶(二阶及二阶以上)统计量，信 号的统计空间又要完备，运算复杂度高，检测时间长，不适合像流媒体业务这 样一些网络实时性要求很高的UWB应用环境中。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，解决匹配滤波器检测方法中 缺乏被检信号先验知识的难题，设计一种在低信噪比环境下能快速、准确、有 效实现的信号感知检测方法。

上述目的通过下述技术方案予以实现：

对周围环境存在着的无线频谱信号进行两种假设：其一是不存在无线频谱 信号H₀；其二是存在无线频谱信号H₁

H₀：y(t)＝n(t)

H₁：y(t)＝x(t)+n(t)

n(t)表示加性高斯噪声，x(t)表示已授权的无线频谱信号，接收到的信号为y(t)， 0≤t≤T。对信号y(t)中是否存在信号x(t)进行估计与检测，包括下列步骤：

1)非线性变换，将接收到的宽频信号y(t)通过非线性变换器进行非线性变 换，得到非线性信号f(t)；

2)特征提取，从非线性变换后的信号f(t)中提取信号的相关特征，并作为先 验知识提供给匹配滤波器；

3)匹配滤波检测，匹配滤波器根据步骤2)中得出的先验知识对所述接收 信号y(t)进行匹配检测，匹配结果作为判决的依据；

4)判决，判决器根据设定的判决门限对匹配滤波器检测结果进行判断，判 定是否存在信号x(t)。

进一步的设计在于，所述步骤1)中的非线性变换器为

f(t)＝ay²(t)-by(t-τ₁)y(t+τ₂)-cy(t-τ₃)

其中a、b和c为加权系数，τ₁、τ₂和τ₃分别是延时相关时间。

进一步的设计在于，所述步骤2)中的所述先验知识的取得是：

1)将非线性变换后的信号f(t)通过快速傅里叶变换器进行时频变换得到时频 变换信号F(f)