[发明专利]一种基于宽带OFDM认知系统的联合频谱检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线通信技术领域的检测方法，具体地说，涉及一种基于宽带OFDM认知系统的联合频谱检测方法。

背景技术

随着无线通信需求的迅猛增长，频谱资源紧张的问题日趋严重；另一方面，根据美国联邦通信委员会(FCC)提供的数据，已分配频谱的利用率只有15％—85％；这种频谱资源的“稀缺”与实际频谱固定分配机制造成的频谱资源总体利用率低下之间的矛盾是制约未来移动通信快速发展的瓶颈之一。Joseph Mitola博士于1999年提出的认知无线电技术能主动感知无线通信环境，使认知用户(次用户)以机会方式动态地接入未被主用户使用的空闲频段，为解决上述矛盾开辟了一条崭新的途径。同时，随着无线通信技术研究的深入和无线通信市场的增长，与使用某种特定无线接入技术的单一网络相比，融合了多种接入技术的异构网络更能满足人们对无线通信业务多样化的需求，是未来通信发展的必然趋势。基于认知无线电技术的，具有认知过程，能感知当前网络条件，并依此做出规划、决策和采取动作的认知网络为异构网络的融合提供了新思路。

正确、可靠、高效的频谱检测是认知系统中次用户接入未被主用户占用的空闲频段的基础和前提。同时，各种干扰的消除、有效的频谱资源管理等都需要认知系统首先进行可靠的频谱检测。从本质上讲，认知无线电问题始于频谱检测问题。有效的频谱检测是认知无线电技术能否实现的前提和基础，其主要任务就是对空闲频谱即“频谱空洞”的检测。目前，对频谱检测的研究主要集中在窄带系统中，归纳起来可分为三类：匹配滤波检测、周期特征检测和能量检测。匹配滤波检测具有较好检测性能和检测效率，但需大量的先验知识；周期特征检测的性能较好，且不受噪声功率不确定性的影响，但其复杂度较高；能量检测方法实现简单，虽在低信噪比环境下实现比较困难，仍是认知系统中广泛使用的一种频谱检测方法。上述的频谱检测方法都属于窄带频谱检测的范畴，即主用户存在与否的“二元”检测问题，并不适合于宽带频谱检测。宽带多用户的频谱检测不仅要解决主用户存在性的问题，同时需要在主用户存在的条件下正确地检测出频谱占用情况。目前，对宽带频谱检测的研究还较少，其中一种方法是利用小波变换方法来确定空闲频谱边界，但计算复杂，工程上难于实现；基于一阶导数法提取信号功率谱密度大幅度变化的位置来实现频谱边界的检测，实现相对简单，但容易受噪声、多径衰落的影响；专利“SPECTRUM-SENDING ALGORITHM AND METHODS”中将频谱检测分为粗检测和细检测两步，来提高检测效率，但其检测方法仍然基于传统的能量检测。

OFDM正交调制技术灵活的选频方案为实现认知系统提供了良好的平台；同时，OFDM技术已成为未来高速移动通信的关键技术之一，目前已广泛地应用到欧洲的数字视频广播、数字音频广播、IEEE802.11a、IEEE802.16，LTE-Advanced等标准中。因此，基于OFDM技术实现的认知系统具有广阔的发展前景。本发明以宽带OFDM认知系统为背景，针对现有技术方案均未能很好地解决低信噪比下宽带频谱检测的问题，提出了一种联合频谱检测方法。

发明内容

要解决的技术问题：本发明以提高检测性能同时尽量减小检测开销为目的，针对现有技术方案的不足，为宽带OFDM认知系统提供一种联合频谱检测方法，该方法在检测性能与检测开销之间进行折中，保证检测性能的同时，有效地降低了频谱检测的开销。

本发明所采取的技术方案为：

一种基于宽带OFDM认知系统的联合频谱检测方法，其特征在于：该方法具体包括以下步骤：

步骤1：对接收到的连续时域OFDM信号r(t)进行采样抽取，得到待检测离散时域OFDM信号r(n)；

步骤2：利用相关频谱检测方法进行粗检测，以判断主用户的存在性：

计算待检测OFDM信号r(n)的自相关系数ρ(τ)在T_d处的最大似然比估计值ρ(T_d)，并将计算所得的最大似然比估计值ρ(T_d)与第一判决门限η进行比较，若ρ(T_d)＜η，则主用户信号不存在，频谱检测结束；若ρ(T_d)≥η，则主用户信号存在，执行步骤3；

其中，T_d为快速傅里叶变换(FFT)的长度；

步骤3：利用基于特征分析的检测方法对频谱进行细检测，以判定主用户具体占用的频段：