[发明专利]一种用于多天线的频谱感知方法

说明书

本发明属于认知无线电技术领域，涉及一种用于多天线的频谱感知方法。本发明在认知用户配有多根空间相关天线的前提下，将多天线频谱感知问题等效成Ljung‑Box(LB)test检验问题。同时众所周知，一个复数乘法需要4个实数乘法和2个实数加法，本发明将接收信号从复数域转换到实数域，能有效减少计算复杂度。

技术领域

本发明属于认知无线电技术领域，涉及一种用于多天线的频谱感知方法。

背景技术

认知无线电技术通过允许认知用户使用授权频段(频谱空洞)，能有效地提高频谱利用率。频谱感知作为认知无线电技术中的核心部分，在不引起对授权用户干扰的情况下，使认知用户可靠地检测频谱空洞，一旦发现频谱空洞，就使用该频段。在众多检测方法中，能量检测方法不需要主用户信号的先验知识，且具有较低计算复杂度，使得其易于实际应用；但ED的检测性能易受噪声方差不确定性的影响。采用多天线技术能克服噪声方差不确定性带来的影响，如基于加权方差方法(weighted covariance-based detector，WCD)、局部方差平均方法(average local variance，ALV)和基于特征值检测等方法。在这些方法中，由于不需要计算协方差矩阵的特征值，与基于特征值检测方法相比，WCD和ALV方法具有较低的计算复杂度。WCD和ALV方法在接收天线高相关时，可以得到高的检测性能；但在接收天线低相关时，检测性能较差。

发明内容

本发明的目的在于当认知用户配有M根低相关接收天线时，提出一种比WCD和ALV方法检测性能更好的一种多天线的频谱感知方法。具体步骤如下：

a.通过配有M根低相关接收天线的认知用户接收待感知频段的复时域信号，H₀表示该频段空闲；H₁表示主用户正在使用该频段。频谱感知问题可以用二元假设模型描述：

其中表示在时刻n的接收信号矢量，y_M(n)表示第M根天线接收到的信号，表示主用户到认知用户的信道增益矢量，服从零均值方差为的多变量复高斯分布，和φ_h分别表示每根天线的信道功率和信道的相关矩阵，表示实数域； s(n)为主用户发射信号；是零均值方差为的复高斯循环对称噪声矢量，和I_M分别表示每根天线的噪声方差和单位阵。

b.将认知用户总共接收到N个的复信号样本写成序列形式，提取复信号序列的实部和虚部组成一个新的实信号序列

其中，r和i分别表示复信号序列的实部和虚部；

c.计算实序列的样本均值和滞后为样本自相关函数

其中T＝2MN和z(t)为实序列的第t个元素

d.计算Ljung-Box test方法的检验统计量D_L；根据给定的虚警概率P_f，确定判决门限λ

其中L为总共要计算的滞后数；

根据Ljung-Box test方法，统计量D_L在H₀情况下近似服从L个自由度的中心卡方分布。所以判决门限λ可以根据给定的虚警概率P_f，由软件Matlab自带的函数chi2inv产生。

e.将统计量D_L与判决门限λ进行比较：

若检验统计量大于等于判决门限，则主用户正在使用该频段；

若检验统计量小于判决门限，则该频段空闲。