[发明专利]主用户信号随机出现时基于循环平稳的频谱感知方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种主用户信号随机出现时基于循环平稳的频谱感知方法。

背景技术

1.认知无线电

随着无线通信的飞速发展，各种需要应用到高速率无线通信技术的业务也不断增加。但是无线电频谱资源是一种自然资源，这种资源是不可再生的。传统的频谱分配模式是固定分配的，即将某个频段分配给某个特定的业务，这样的分配模式在现在往往会导致某些频段过于拥挤而另外一些频段又几乎未被使用的状态，人为地造成无线电频谱资源利用率低下。

认知无线电，作为一种动态的频谱分配方案，其核心思想是将系统中的用户分成主用户和授权用户两大类。主用户是某个频段的授权用户，对该频段的使用具有绝对优先权；而认知用户是未获得频段授权的用户，只能在主用户没有使用该频段时接入该频段，而一旦主用户试图返回时，认知用户必须迅速推出当前使用频段。认知无线电技术通过这样动态接入的方法来达到提高频谱利用效率的目的，这样的方案一经提出就得到了广泛的支持，同时也被视为下一代无线通信的核心物理层技术。

2.频谱感知

在认知无线电系统当中，认知用户为了能够侦测到未被使用的授权频段，必须能够准确的检测到主用户是否存在，这样的检测技术就被称之为频谱感知。认知用户的频谱感知往往是通过采集一段时间的信号样本，然后通过一些特定的信号处理算法来判断当前待测频段是否有主用户信号。如果认知用户判断当前不存在主用户信号，那么则可以接入到这个频段反之则不能接入到这个频段。因此，如果频谱感知结果不准确，发生漏检，那么将会造成对主用户的干扰，从而给认知无线电技术的应用造成障碍，严重时甚至会降低人们对认知无线电技术的社会认同，因此对于频谱感知技术的研究在认知无线电中具有重大意义。

3.主用户信号随机出现

现在的频谱感知技术往往认为在进行频谱感知的时候主用户信号的状态是不发生变化的，即主用户信号在频谱感知的过程当中一直出现或一直不出现。但是这样的假设是不够现实的。为了能够准确探测到主用户信号当前状态，认知用户往往需要通过一段较长的时间来收集信号样本，主用户信号完全可能在这段时间里突然出现。这样的突然出现给现有的频谱感知方法造成重大困扰，因此必须要有合适的方法来处理这个问题。

4.循环平稳

循环平稳信号，是指统计特性呈周期性平稳变化的信号。信号的这种循环平稳特性在实际工程中是随处可见的，比如在通信系统当中，信号的循环平稳性可能来自于载波、导频、循环前缀、编码、同步序列等等多个方面。可以看到，这种循环平稳特性的出现往往是由于人们为了某种目的而特地给通信信号进行的额外的添加，一般情形下是噪声所不具备的。因此，循环平稳性也就可以成为频谱感知当中区别主用户信号和噪声的重要技术特征。并且，由于循环平稳特性本身是基于信号周期性的，与信号能量无关，因此在认知无线电系统与能量检测器一样，也被广泛的研究和应用，并能够作为有效对抗能量检测器噪声能量不确定问题的解决方法之一。

对于循环平稳信号x(t)而言，在基于N个有限个数据样本的时候，它在循环频率α时延τ处的循环自相关函数可以表示为而对于非循环平稳信号而言，这样计算出来的循环自相关函数的值是趋于零的。因此，循环平稳信号的循环自相关函数往往被用于认识无线电系统中的频谱感知当中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种主用户信号随机出现时基于循环平稳的频谱感知方法，以克服现有技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种主用户信号随机出现时基于循环平稳的频谱感知方法，按照如下步骤实现：

步骤S1：记主用户信号随机出现的过程是一个参数已知的泊松随机过程，且认知用户对于主用户信号的循环平稳特征是确知的；将认知用户的频谱感知时间按主用户信号循环频率的倒数进行分段；对于每个分段，构建一个由多个循环自相关函数组成的横向量，也即循环自相关函数向量；

步骤S2：计算所有分段的循环自相关函数向量协方差矩阵的估计量，并计算对应的判决统计量；

步骤S3：根据一预设虚警概率，计算对应的判决门限；

步骤S4：将通过所述步骤S2获取的判决统计量与通过所述步骤S3获取的判决门限进行比较；当判决统计量大于所述判决门限时，则判定当前频段是存在主用户信号的，且主用户信号是在感知过程中随机出现的；否则，判断当前频段不存在主用户信号。

在本发明一实施例中，在所述步骤S1中，所述循环自相关函数向量通过如下步骤构建：