[发明专利]基于p次方的无线协作频谱感知的能量检测方法

说明书

技术领域

本发明属于认知无线电领域，具体涉及一种高斯信道条件下的认知无线电协作频谱感知能量检测方法。

背景技术

能量检测是认知无线电协作频谱感知的一种有效频谱检测方法，它不需要任何先验信息。其优点是实现复杂度低且不需要获取授权用户的准确信息，避免了由于信息获取不准确而产生的误检。能量检测的等增益合并(Equal Gain Combing,EGC)方法是直接将检测信号采样的幅度值取二次方后进行累加并与相关的判决门限进行比较的一种能量检测方法，即每个采样幅值二次方前面的加权系数都相同，不管传输数据是否可靠。尽管这种方法性能不是最优的，但是这种方法复杂度低，实时性强，所以被广泛使用。然而上述方法都是基于信号采样幅值2次方的操作，应用中存在检测概率较低的问题，该问题有待解决。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明在高斯信道环境下，给出一种基于p次方的无线协作频谱感知的能量检测方法，以有效提高检测性能。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的基于p次方的无线协作频谱感知的能量检测方法，包括以下步骤：1)在高斯信道环境下，用p次方替代2次方得到每路无线电信号的能量，将检测信号代入似然函数，得到对应p次方的检测统计量；2)利用Neyman-Pearson准则，根据给定的虚警概率，求出p次方检测的判决门限；3)将步骤1)得到的检测统计量与步骤2)得到的基于p次方检测的判决门限进行比较，以实现基于p次方的无线协作频谱感知的能量检测。

当决策变量X服从均值为0方差为1的正态分布时，即X～N(0,1)，则X²服从χ²分布，χ²(n)分布就是分布，用p替代2次方后，决策变量将不服从Gamma分布，且分布函数很难获得。但是，用p次方取代后，随机变量的均值和方差可以很好近似为Gamma随机变量的均值和方差，因而可将p次方型的均值和方差近似为Gamma分布的均值和方差。

本发明提供的基于p次方的无线协作频谱感知的能量检测方法，其通过将决策变量p次方的均值和方差近似为Gamma分布的均值和方差，从而得到比传统的固定2次方形式更有效的频谱检测准则，具体包括如下步骤：

1)在高斯信道环境下，用p次方替代2次方得到每路无线电信号的能量，将检测信号代入似然函数，得到对应p次方的检测统计量：

1.1)构建认知无线电系统的p次方频谱检测模型，即：

其中信号采样样本空间有N个采样值，n＝1,2,…,N；H₀表示授权用户信号不存在，H₁表示授权用户信号存在；y_n表示第n个信号采样；s_n是授权主用户所发射的信号部分；α为信道增益参数；噪声部分ω_n是均值为0方差为σ²高斯噪声，发射信号s_n是均值为0，方差为σ_s²随机信号，且噪声和信号是相互独立的；

1.2)用p次方取代2次方，获得p次方取代2次方时的每路无线电信号的能量：

1.3)在高斯信道环境下，结合采样值的联合概率密度函数，将检测信号代入似然函数，得到所构建的检测统计量：

2)利用Neyman-Pearson准则，根据给定的虚警概率，求出p次方检测的判决门限：

2.1)将p次方取代2次方后的随机变量的均值和方差近似为Gamma分布的均值和方差，结合高斯分布的二次方服从Γ(k,θ)分布，获得H₀、H₁下的随机变量的概率密度函数为：

其中，θ₀',θ₁'为p次方下的尺度参数，k₀',k₁'为p次方下的形状参数；

其中γ为信噪比，

2.2)基于给定的虚警概率P′_FA＝Pr{D'_EGC＞η'_EGC|H₀}，利用Neyman-Pearson准则和Gamma分布得出p次方检测的判决门限为：