[发明专利]一种基于能量-循环平稳特征的联合频谱检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种特别用于认知无线电系统中基于能量-循环平稳特征进行联合频谱检测的实现方案，属于通信技术领域。

背景技术

随着无线通信业务需求的快速增长，可用频谱资源变得越来越稀缺。为了提高通信系统的频谱使用效率，以应对由国家统一管理、统一授权使用的固定频谱分配政策，缓解“频谱资源日益紧张”的局面。认知无线电(Cognitive Radio，CR)一经Mitola提出便引起了广泛的关注，CR是当授权用户未使用授权频带时，CR用户即可“插空”使用该频段进行通信，这样可以大大提高频谱利用率。当然使用的前提是不对授权用户产生干扰，这就需要CR用户对授权频谱的空穴能够进行非常准确的探测和识别。

认知无线电网络要求能够动态的感知频谱空穴，利用空闲频段来进行通信。认知用户要进行通信的首要条件就是检测出主用户的空闲频谱段(频谱空穴的检测)。因此，频谱感知问题从本质上来看，关键是一个信号检测问题。对频谱进行感知，就是要在给定的短时间内可靠地检测出主用户(PU)信号在这段频谱上是否存在，或者该段频谱中是否干扰足够小，可以允许CR用户接入，利用其进行通信。信号的可靠检测的重要性表现在以下两个方面：(1)可靠性，即准确的感知PU信号能确保认知无线电用户不会对PU造成干扰；(2)有效性，即及时有效的感知到空闲频谱，从而增加认知无线电网络的通信带宽。

频谱感知是认知无线电的前提和关键技术，目前国内外提出的感知方法主要分为单用户感知和多用户协作感知。协作感知需要多个认知用户相互协作，以克服无线信道中的隐节点问题和深衰落的影响，提高认知无线电的感知性能，但是当网络中有大量的认知用户共存时，它们就需要占用大量的通信带宽来进行检测信息的传送。单用户感知不需要传送额外的感知信息，在系统中常常得到应用。常用的方法有基于能量检测的频谱感知方法和基于信号特征值的频谱感知方法。能量检测方法只需要知道被检测频段内信号的能量，为了测量接收信号的能量，需要对带通滤波器的输出信号进行平方运算并在观测时间段内进行积分，将积分器的输出和固定门限值相比较，得出检测结果。基于信号特征的频谱感知方法利用不同类型的调制信号具有不同频谱相关函数、信号均值、自相关函数具有周期平稳性、以及噪声和干扰之间相互独立性等特征进行检测。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于能量-循环平稳特征的联合频谱检测方法，该方法以提高检测概率同时尽量减少复杂度为目的，利用能量检测与循环平稳特征检测的特点，基于双门限实现了认知无线电系统中的频谱联合检测。

技术方案：本发明根据能量检测与循环平稳特征检测的特点，利用双门限的能量检测法进行粗检，若能量落在两门限的两端，则直接进行判断，若能量落在两门限之间，则利用循环平稳特征进行检测。

该方法包括：根据待检测信号的能量大小不同而采用不同的检测方法，若能量落在两门限的两端，则采用能量检测法进行判断，若能量落在两门限之间，则利用循环平稳特征进行检测，该方法具体包括：

a.确定联合检测算法的双门限：确定高门限λ_H和低门限λ_L以及循环检测的门限；高门限低门限其中N为检测信号样本采样点数，为高斯白噪声的方差，P_f为虚警概率；Q^-1为

b.利用能量检测法进行粗检：计算待检测信号的能量，将计算所得的能量与事先确定的双门限进行比较，若能量大于等于λ_H则判为H₁，即主用户信号存在；若能量小于等于λ_L则判为H₀，即主用户信号不存在；若计算所得的能量处于λ_L与λ_H之间，表明能量检测法无法确定是否有主用户信号存在，则需用循环平稳特征作进一步检测；

c.利用循环平稳特征进行细检：对能量落在λ_L与λ_H之间的信号进行循环平稳特征检测，由于不同调制方式对应不同的循环谱特征，针对主用户信号的调制方式通过检测特定循环频率α处的值确定是否有主用户存在：

c1.对输入的时间序列y(n)做N点的FFT，得到y(n)的谱密度函数X_T(k)，T为分段长度；K为

c2.对FFT的结果X_T(k)分别左右频移α/2，相应地得到x(n)移频信号的谱密度函数：X_T(k+α/2)和X_T(k-α/2)；