[发明专利]基于邻接矩阵的OFDM频谱感知方法

说明书

技术领域

本发明涉及频谱感知技术领域，具体涉及一种基于邻接矩阵的OFDM频谱感知方法。

背景技术

随着通信技术的发展，人们对频谱资源的需求日益增长，而在传统的静态频谱分配策略下，频谱的利用率及其低下，这就导致了频谱资源匮乏的问题。为了解决这一问题，Joseph Mitola博士提出了认知无线电(Cognitive Radio，CR)的概念。认知无线电是一种提高频谱利用率的智能新技术，其核心思想是使无线通信设备发现“频谱空穴”并合理利用它，从而实现频谱的高利用率和通信的高可靠性。频谱感知技术是认知无线电的前提和关键技术之一。频谱感知需要满足两个基本功能，首先利用信号检测技术感知频谱空洞，提高频谱资源利用率；其次，检测授权用户的出现，避免干扰授权用户通信。信号检测技术是频谱感知的基础。

目前常用的频谱感知方法主要有匹配滤波器检测、能量检测和循环平稳特征检测，这三种方法各有优劣：匹配滤波器检测能获得较髙的处理增益，但是要求定时和频率同步，而且需要知道授权用户信号的先验信息；能量检测实现简单，灵活性强，运算复杂度低，对授权用户的先验信息无任何要求，但鲁棒性较差，容易受到噪声影响；循环平稳特征检测不需要知道授权用户的任何先验信息依然具有良好的检测性能，但是计算复杂度高，实时性差。

发明内容

本发明针对现有频谱感知方法存在的不足，提供一种基于邻接矩阵的OFDM频谱感知方法，其具有检测时耗低和检测准确度高的特点，而且在低信噪比下仍具有良好的检测性能。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

基于邻接矩阵的OFDM频谱感知方法，包括如下步骤：

步骤1、采用基于快速傅里叶变换的周期图法，对接收信号进行功率谱估计；

步骤2、对步骤1所得的功率谱做归一化处理；

步骤3、对步骤2所得的归一化后的功率谱做均匀量化；

步骤4、求取步骤3所得的量化后的功率谱的邻接矩阵A_M×M；

步骤5、在步骤4所得的邻接矩阵A_M×M的左上角选取一个m×m的子矩阵A_m×m，用这个子矩阵的所有元素之和作为检测统计量T；其中1≤m<M；

步骤6、设定判决门限γ；

步骤7、比较步骤5所得检测统计量T和步骤6所得判决门限γ的大小，判定OFDM信号是否存在，即当检测统计量T大于等于判决门限γ时，则判定OFDM信号存在；当检测统计量T小于判决门限γ时，则判定OFDM信号不存在。

上述步骤4中，当2个相邻的采样点U(k)和U(k+1)的功率谱分别为U(k)＝i，U(k+1)＝j时，则这2个相邻采样点的功率谱连线为边E_ij；此时，功率谱的邻接矩阵A_M×M的元素A_ij为所有相邻2个采样点的功率谱连线中边E_ij的数目；上述k＝0_,1,2,...,N-1，N为采样点数；i、j＝1,2,...,M，M为量化阶数。

上述步骤5中，m＝2。

上述步骤6中，判决门限γ为：

式中，P_xx(k)表示周期图法估计得到的功率谱，k＝0,1,2,...,N-1，N为采样点数，M为量化阶数，为加性高斯白噪声的方差，K为设定的常数，K＞1。

与现有技术相比，本发明将接收信号的功率谱图通过归一化和量化处理后，转换成邻接矩阵，在所求邻接矩阵的左上角取一个子矩阵，用该子矩阵的所有元素之和作为检测统计量，与预先设定的判决门限进行比较，以此判断OFDM信号是否存在。这种方法，实现简单，计算复杂度低，而且无需接收信号的任何先验信息，在低信噪比下，仍具有良好的检测性能。

附图说明

图1为基于邻接矩阵的OFDM频谱感知方法的流程图。

图2为量化后的功率谱图转换成邻接矩阵的示例图。

图3为基于周期图法的功率谱估计图。

图4为仿真实验1和仿真实验2得到的不同量化阶数下引入邻接矩阵与否的仿真效果图。

具体实施方式