[发明专利]一种在一般性衰落信道上统一精确的能量检测方法

说明书

本发明公开了一种在一般性衰落信道上统一精确的能量检测方法,适用于一般性衰落信道。在小样本情况下，与传统能量检测方法相比，具有更好的鲁棒性和更优的检测性能。该方法通过求解涉及广义Marcum Q函数积分，得出一种在一般衰落信道上易处理、精确的、统一的能量检测概率的闭式表达式，不仅克服了当前近似能量检测法检测性能不够精确的问题；而且也解决了当前能量检测法检测概率的精确闭式表达式及其复杂、现实情况下不易处理的问题。本方法还将当前能量检测法仅仅研究了特殊衰落信道上的精确检测性能，推广到了具有普遍意义的一般性衰落信道上。本方法具有更简单、更精确、更易处理、更具普遍性等优点，是一种一般衰落信道上统一的能量检测法。

技术领域

本发明涉及认知无线电技术领域，特别是一种在一般性衰落信道上统一精确的能量检测方法。

背景技术

认知无线电(Cognitive Radio，CR)技术通过允许次级用户(Secondary User，SU)机会接入授权频谱成为了频谱效率低下问题的一个有效的解决方法。最近，能量检测(Energy Detection，ED)法由于不需要主用户(Primary User，PU)信号的先验知识并且实施简单，而使其获得了研究者的广泛关注，能量检测仍然是频谱感知的一个有前景的技术。

ED检测器的检测性能主要由虚警概率(P_f)和检测概率(P_d)来决定，并且P_d是一个以信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)为参数的、复杂而又难处理的广义Marcum Q函数。然而，在衰落信道上，由于信噪比的波动，ED检测器的检测性能只能通过平均检测概率来测量。在传统的能量检测算法中，中心极限定理(Central Limit Theorem，CLT)被广泛用于粗略估计P_d。但是，基于CLT的近似法需要大量的样本，并且在小样本情况下，它的检测性能下降十分严重。此外，从实践的角度来说，基于CLT的近似法在小样本时不足够精确。近年来有利用多维高斯(Cube-of-Gaussian，CoG)近似法研究了基于小样本条件下的ED检测方法的近似检测性能，这种方法将卡方随机变量近似为多维高斯变量。然而，CoG方法也只是一种近似法，不是一种精确的方法。还有提出了一种在特定衰落信道(Nakagami-m衰落信道)上的精确的闭式表达式，但是这些方法中涉及到复杂的无穷级数、留数以及MGF(Moment Generating Function)函数等表达式，而使得这些方法是现实信号检测中变得难于处理。

上述近似检测概率不能获得在衰落信道，尤其是一般性衰落(α-μ)信道上ED检测器的检测性能的简单精确的闭式表达式。此外，即使当前现有技术中有能量检测法性能的精确闭式表达式，但是这些精确的闭式解往往都很难处理而且还很复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种在一般性衰落信道上统一精确的能量检测方法，与传统能量检测方法相比，本发明方法具有更好的鲁棒性和更优的检测性能。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种在一般性衰落信道上统一精确的能量检测方法，包括如下步骤：

步骤1.根据次级用户SU的信号检测建立的二元假设检验问题模型，获得n时刻SU的观测值x(n)，其中,n＝1,2,…,N,N为样本数目；

步骤2.根据传统能量检测CED的频谱感知及步骤1中获得的观测值x(n)，获得归一化后的检验统计量T(x)；

步骤3.根据CED检测器的预设虚警概率P_f，以及在加性高斯白噪声信道上，2T(x)在H₀条件下服从自由度为2N的中心卡方分布

确定判决门限λ：