專利名稱：基于檢測率與虛警率加權(quán)合并的能量檢測器的檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信中的無線頻譜感知與檢測技術(shù)，更具體地說涉及一種在無線 信道環(huán)境下基于檢測率與虛警率加權(quán)合并的能量檢測器的檢測方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，日益增長的頻譜需求和有限的頻譜資源之間的矛盾日顯突出，嚴(yán)重制約了 無線通信業(yè)務(wù)的發(fā)展。但從實(shí)際無線頻譜運(yùn)營情況來看，已分配(授權(quán))的無線頻譜在時(shí) 間和空間上存在著相當(dāng)程度的閑置，根據(jù)對無線頻譜的測量數(shù)據(jù)報(bào)告，大部分無線頻段的 頻譜使用率僅在10%左右。如何有效解決頻譜資源稀缺與頻譜使用率低之間的矛盾成為無 線通信中的關(guān)鍵技術(shù)。賦予認(rèn)知功能的無線電(CR)被公認(rèn)為高效利用無線頻譜的有效技 術(shù)手段。CR技術(shù)的核心則是通過動(dòng)態(tài)頻譜感知來探測“頻譜空洞”，合理占用臨時(shí)可用頻 段，并根據(jù)感知信息自適應(yīng)、動(dòng)態(tài)地改變自身信號(hào)發(fā)射功率、發(fā)射頻率、調(diào)制方式等傳輸參 數(shù)以規(guī)避正在通信的主用戶(授權(quán)用戶)。它要求次用戶(CR用戶)通過感知周圍無線環(huán) 境、改變自身傳輸參數(shù)以保證不對現(xiàn)存的主用戶產(chǎn)生任何干擾。正是這種能迅速改變自身 傳輸參數(shù)的特征使得CR技術(shù)被認(rèn)為是未來通信的“下一次革命”。在頻譜兼容性和互操作 性變得越來越困難的今天，兼有物理層(PHY)和網(wǎng)絡(luò)層(MAC)感知功能的CR技術(shù)被寄予了 厚望。正確感知和檢測周圍無線環(huán)境是CR工作的前提。常見的頻譜檢測器有匹配濾波 檢測器、能量檢測器、循環(huán)平穩(wěn)特征檢測器、小波檢測器和協(xié)方差檢測器等。其中，能量檢測 器實(shí)現(xiàn)簡單，無需信號(hào)的先驗(yàn)知識(shí)，只需測量頻域或時(shí)域上一段觀測空間內(nèi)接收信號(hào)的總 能量就可以判決是否有授權(quán)用戶出現(xiàn)，是目前應(yīng)用最廣的一種頻譜檢測方法?，F(xiàn)有的能量檢測器是基于恒定虛警率準(zhǔn)則或恒定檢測率準(zhǔn)則而設(shè)計(jì)的。這種能 量檢測器判決門限動(dòng)態(tài)范圍很小，甚至在低信噪比環(huán)境下沒有可選擇的判決門限，無法同 時(shí)滿足無線認(rèn)知系統(tǒng)對無線頻譜檢測率和虛警率的要求，影響了無線頻譜感知和檢測的性 能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有能量檢測器其檢測方法之不足而設(shè)計(jì)的一種基 于檢測率與虛警率加權(quán)合并的能量檢測器的檢測方法，以解決頻譜檢測方法中判決門限動(dòng) 態(tài)范圍小的難題，實(shí)現(xiàn)無線環(huán)境下快速、準(zhǔn)確、有效的信號(hào)頻譜感知與檢測。上述目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)對周圍環(huán)境存在著的無線頻譜信號(hào)進(jìn)行兩種假設(shè)不存在無線頻譜信號(hào)x(t)的 H0和存在無線頻譜信號(hào)χ (t)的H1H0 :y(t) = n(t)H1 :y(t) = x(t)+n(t)
n(t)表示加性高斯噪聲，x(t)表示已授權(quán)的無線頻譜信號(hào)，在T時(shí)間段內(nèi)接收到 的信號(hào)7(0，0<〖<1\對信號(hào)y(t)中是否存在信號(hào)x(t)進(jìn)行檢測，其特征在于包括下 列步驟1)設(shè)置加權(quán)因子，根據(jù)認(rèn)知系統(tǒng)對頻譜檢測率Pd與虛警率Pfa的要求，設(shè)置檢測率 加權(quán)因子α和虛警率加權(quán)因子β，0彡α彡1，0彡β彡1;2)合并算法，根據(jù)系統(tǒng)傳輸速率要求和信道噪聲大小及上述加權(quán)因子，對檢測率 Pd和虛警率&進(jìn)行加權(quán)合并，形成目標(biāo)函數(shù)ρ(γ)；3)計(jì)算判決門限，設(shè)置P(Y)的目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，由該目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)獲得能量檢測 的判決門限Y ；4)能量計(jì)算，由平方器和積分器計(jì)算在OStST時(shí)間內(nèi)所接收信號(hào)y(t)的能量 E ；5)判決，判決器根據(jù)所述判決門限Y和所述信號(hào)y(t)的能量E，進(jìn)行差值比較， 如E-γ >0，y(t)中存在信號(hào)x(t) JI^BE-Y <0，y(t)中不存在信號(hào)χ (t)。上述方法進(jìn)一步的設(shè)計(jì)在于，所述加權(quán)合并算法包括線性加權(quán)合并算法P(Y)= α Pd+β (I-Pfa)、P(Y) = α (I-Pd)+ β PfaW及非線性加權(quán)合并算法尸⑴=^<+卯力』。上述方法進(jìn)一步的設(shè)計(jì)在于，合并算法P(Y) = α Pd+β (I-Pfa)和 Ρ{γ) = 以Μ「Ρ(力為目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，合并算法P ( Y ) = α (I-Pd) + β 以 Μ}η Ρ(”為目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，得到最佳判決門限。
權(quán)利要求
1.基于檢測率與虛警率加權(quán)合并的能量檢測器的檢測方法，對周圍環(huán)境存在著的無線 頻譜信號(hào)進(jìn)行兩種假設(shè)不存在無線頻譜信號(hào)X (t)的Htl和存在無線頻譜信號(hào)x(t)的氏H0 :y(t) = n(t)H1 :y(t) = x(t)+n(t)n(t)表示加性高斯噪聲，x(t)表示已授權(quán)的無線頻譜信號(hào)，在T時(shí)間段內(nèi)接收到的信 號(hào)7(0，0<1<1\對信號(hào)7(0中是否存在信號(hào)x(t)進(jìn)行檢測，其特征在于包括下列步 驟1)設(shè)置加權(quán)因子，根據(jù)認(rèn)知系統(tǒng)對頻譜檢測率Pd與虛警率&的要求，設(shè)置檢測率加權(quán) 因子α和虛警率加權(quán)因子β，0≤α≤1，0≤β≤1 ；2)合并算法，根據(jù)系統(tǒng)傳輸速率要求和信道噪聲大小及上述加權(quán)因子，對檢測率Pd和 虛警率&進(jìn)行加權(quán)合并，形成目標(biāo)函數(shù)Ρ(γ)；3)計(jì)算判決門限，設(shè)置P(Y)的目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，由該目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)獲得能量檢測的判 決門限Y ；4)能量計(jì)算，由平方器和積分器計(jì)算在OStST時(shí)間內(nèi)所接收信號(hào)y(t)的能量E ；5)判決，判決器根據(jù)所述判決門限Y和所述信號(hào)y(t)的能量E，進(jìn)行差值比較，如 E-Y >0，y(t)中存在信號(hào)x(t)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于檢測率與虛警率加權(quán)合并的能量器的檢測方法，其特征 在于所述加權(quán)合并算法P(Y)包括線性加權(quán)合并算法P(Y) = α Pd+β (I-Pfa), Ρ( y )=α (I-Pd) + β Pfa以及非線性加權(quán)
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于檢測率與虛警率加權(quán)合并的能量器的檢測方法，其特征 在于以合并算法P(Y)的，或，“”為目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，得到最佳判決門限。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于檢測率與虛警率加權(quán)合并的能量器的檢測方法，其特征 在于合并算法P(Y) = α Pd+β (I-Pfa)和
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于檢測率與虛警率加權(quán)合并的能量器的檢測方法，其特征 在于采用線性加權(quán)合并算法的最佳判決門限為
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于檢測率與虛警率加權(quán)合并的能量器的檢測方法，其特征 在于所述接收信號(hào)y(t)能量的計(jì)算既可以在時(shí)域中進(jìn)行，也可以在頻域中進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于檢測率與虛警率加權(quán)合并的能量檢測器的檢測方法。不存在無線頻譜信號(hào)x(t)的假設(shè)H0和存在線頻譜信號(hào)x(t)的假設(shè)H1，對接收到的信號(hào)y(t)中是否存在信號(hào)x(t)進(jìn)行檢測，包括下列步驟1)設(shè)置檢測率加權(quán)因子和虛警率加權(quán)因子；2)對檢測率Pd和虛警率Pfa進(jìn)行加權(quán)合并形成目標(biāo)函數(shù)P(γ)；3)設(shè)置P(γ)為目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，由該目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)獲得能量檢測的判決門限γ；4)由平方器和積分器計(jì)算在0≤t≤T時(shí)間內(nèi)所接受信號(hào)y(t)的能量E；5)判決器根據(jù)所述判決門限γ和所述信號(hào)y(t)能量E的差值進(jìn)行判決，判定是否存在信號(hào)x(t)。優(yōu)點(diǎn)是能根據(jù)系統(tǒng)對檢測率和虛警率的不同要求靈活調(diào)整能量檢測器的判決門限，判決門限動(dòng)態(tài)范圍大，信號(hào)感知與檢測準(zhǔn)確率高；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，檢測時(shí)間短，可適用于任何信號(hào)的頻譜檢測。
文檔編號(hào)H04B17/00GK102148650SQ201010205018
公開日2011年8月10日 申請日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月21日
發(fā)明者包志華, 張士兵, 張昊曄 申請人:南通大學(xué)