[发明专利]基于指数平滑预测的频谱感知方法

说明书

本发明提出了一种基于指数平滑预测的频谱感知方法，主要解决现有频谱感知方法中的能量检测法检测率低的技术问题，实现步骤为：1.计算噪声能量的高门限与低门限；2.计算接收信号能量的强化后的值；3.采用指数平滑法确定判决门限；4.将接收信号能量强化后的值与判决门限比较，并设置状态值；5.输出频带状态。本发明利用信号具有相关性而噪声不具有相关性这一特点，对接收信号能量进行加强，提高能量检测的检测率，同时借助指数平滑预测法短期预测精度高的优势对频带繁忙可能性进行预测，并按照可能性合理调整判决门限值，实现提高频谱感知方法检测率以及增强对环境的适应性。

技术领域

本发明属于信号与信息处理技术领域，涉及一种认知无线电中的频谱感知方法，具体涉一种基于指数平滑预测的频谱感知方法，适用于认知无线电中协作与非协作频谱感知方法，可用于信号频段实时监测，信号截获等。

背景技术

为提高频谱资源利用率，Mitola博士在软件无线电基础上提出了认知无线电的概念，即在不对授权用户通信产生干扰的前提下，允许未授权用户接入空闲的授权频段。认知无线电的研究主要在频谱感知、频谱管理以及频谱共享三部分的研究。

频谱感知的主要目的是解决频带利用率低的问题，通过合适的频谱感知算法输出指定频段内是否有信号存在，如果频段内有信号存在则该频段不能再接入信号，继续查看其余频带状态直至找到一段空闲的频段并接入信号，这样能避免频谱资源浪费的情况发生，达到提高频谱利用率的目的。常见的频谱感知算法主要有能量检测法、循环谱检测法以及匹配滤波检测法。循环谱检测算法因其复杂度较高，不利于工程中实现以及实时检测；匹配滤波器检测算法，需要知道信号的先验信息，这在实际工程中几乎很难获得，因此工程使用较少。

能量检测法因其具有复杂度低，无需信号先验知识，工程上实现简单等优点而常用于实际工程中。双门限能量检测是能量检测中的一种，它在能量检测的基础上将噪声能量门限从一个增加到两个，并采用合理的方法处理接收信号能量处于两个门限之间(称为困惑区)的信号，达到提高检测率以及增强环境适应性的目的。如申请公布号为CN104767578A，名称为“基于自适应检测长度的双门限能量感知方法和系统”的专利申请，公开了一种基于自适应检测长度的双门限能量感知方法，该方法首先根据噪声不确定性大小设置上下判决门限，当检测统计量位于双门限之外时直接判决，否则增加采样数并再次比较，直到得出判决结果或采样数达到上限。该方法通过牺牲了系统开销的前提下实现低信噪比检测概率的提高，由于设置了最大采样点数，在判决结果仍旧存在无法判断的情况，并且增加采样点数并未对低信噪比检测率有太大提高，而又带来了时间复杂度的缺陷。又如申请公布号为CN103856946A，名称为“基于差分能量检测的双门限协作频谱感知方法”的专利申请，公开了一种基于差分能量检测的双门限协作频谱感知方法：该方法首先对每个认知用户进行本地感知，在传统双门限能量检测的基础上，对处于双门限之间的能量值采用差分能量检测，对处于双门限之外的能量值采用传统能量检测，并将检测结果输出。该方法结合了差分检测和双门限检测，提高了检测概率并在一定程度上克服了噪声不确定性影响，由于该方法仅利用了在计算差分能量均值时并未利用所接收到所有信号能量，仅利用了初始信号能量及当前时刻能量，导致信息利用率不足，对检测率提高并不多，并且在低信噪比下，差分能量并不是一个很好的特征，并未有效提高低信噪比检测率。

综上所述，现有的频谱感知算法中的能量检测方法中，仍很难找到一种低信噪比检测率高的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种基于指数平滑预测的频谱感知方法，用以解决现有技术中存在的低信噪比检测率低的技术问题。

本发明的技术思路是：根据背景噪声信号方差的最大值与最小值并由此计算出噪声能量的高低门限，将接收信号分解成小段信号，将所有小段信号能量与信号间的相关之和作为增强后的能量，通过指数平滑法预测频带忙碌的可能性，并在噪声能量的高低门限基础上计算合适的判决门限值，通过比较接收信号增强后的能量值以及判决门限值之间的对比，得出频带状态值，最后输出频带状态，实现步骤为：