專利名稱：兩極頻譜檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域的頻譜檢測(cè)方法，具體地說(shuō)，涉及一種針對(duì)部分頻帶使用的基于能量檢測(cè)的兩級(jí)頻譜檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
認(rèn)知無(wú)線電是一種新型的動(dòng)態(tài)頻譜分配技術(shù)，它通過(guò)提高頻譜利用率，從而解決目前頻譜資源短缺的問(wèn)題。在認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中，當(dāng)首要用戶未使用授權(quán)頻段時(shí)，次要用戶可以臨時(shí)地使用該頻段(即頻譜空洞)進(jìn)行通信，從而大大提高頻譜利用率。所以，對(duì)于次要用戶來(lái)說(shuō)，需要及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)出頻譜的使用狀態(tài)，在不影響首要用戶正常通信的前提下，有效地利用頻譜空洞，增加認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的有效通信帶寬。根據(jù)頻譜的使用狀態(tài)，可以將其分為三類(1)整個(gè)頻段都被首要用戶使用的頻譜，稱為黑色頻譜；( 部分頻段被首要用戶使用的頻譜，稱為灰色頻譜；C3)整個(gè)頻段都沒(méi)有被使用的頻譜，稱為白色頻譜。傳統(tǒng)的頻譜檢測(cè)方法都是針對(duì)白色頻譜的，例如能量檢測(cè)和循環(huán)平穩(wěn)特征檢測(cè)，都是將整個(gè)頻段作為一個(gè)目標(biāo)，進(jìn)行能量求和或者計(jì)算特征頻率的循環(huán)譜值，再與門限比較，從而得到非0(頻譜未被使用)即1(頻譜被占用)的結(jié)果。但是，這種檢測(cè)方法是無(wú)法準(zhǔn)確地檢測(cè)出灰色頻譜的使用狀態(tài)的。在現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，灰色頻譜也是很大的一部分資源，如何準(zhǔn)確的檢測(cè)出灰色頻譜并加以利用，成為了人們研究的一個(gè)熱點(diǎn)。在美國(guó)，有人針對(duì)寬帶頻譜提出了多子帶聯(lián)合檢測(cè)方法(Optimal Multiband Joint Detection)，也就是將頻譜分割成幾個(gè)正交的子帶，然后分別對(duì)每個(gè)子帶進(jìn)行檢測(cè)，從而得到各個(gè)子帶的檢測(cè)結(jié)果。將此方法用于灰色頻譜的檢測(cè)中，只要頻譜分割的足夠細(xì)，就可以檢測(cè)出未被使用的部分頻段。但是，這種方法的復(fù)雜度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，所以需要的檢測(cè)時(shí)間也較長(zhǎng)。當(dāng)空閑頻段只占整個(gè)灰色頻譜的10%左右，甚至更少時(shí)，采用多子帶聯(lián)合檢測(cè)方法帶來(lái)的頻譜增益，相比檢測(cè)時(shí)間上的消耗，是否依然有價(jià)值，這是一個(gè)值得探索的問(wèn)題。及時(shí)性和準(zhǔn)確性是評(píng)價(jià)檢測(cè)系統(tǒng)的重要標(biāo)準(zhǔn)，所以，人們現(xiàn)在更傾向于使用吞吐量(即單位時(shí)間系統(tǒng)有效傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量)作為選取參數(shù)和衡量系統(tǒng)的指標(biāo)。而傳統(tǒng)的檢測(cè)方法只是一味的追求檢測(cè)的準(zhǔn)確度，不考慮在時(shí)間和運(yùn)算復(fù)雜度上所付出的代價(jià)，導(dǎo)致很多檢測(cè)方法雖然在檢測(cè)性能上滿足系統(tǒng)的實(shí)際要求，但實(shí)際吞吐量卻無(wú)法滿足正常的通信需要。此外，傳統(tǒng)檢測(cè)方法常常依據(jù)一個(gè)門限，該門限是根據(jù)系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的虛警概率 (Pf)和噪聲方差選取的。但是，虛警概率在一定程度上只能反映系統(tǒng)對(duì)空閑頻譜的利用率，而在認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中，不干擾首要用戶的正常通信是系統(tǒng)工作的前提，所以漏檢概率 (Pmd)，作為一個(gè)衡量系統(tǒng)干擾程度的因子，也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮的重要指標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提出一種針對(duì)部分頻段使用的兩級(jí)頻譜檢測(cè)方法，該方法以系統(tǒng)吞吐量最大化為目標(biāo)，利用傳統(tǒng)能量檢測(cè)的時(shí)效性和多子帶聯(lián)合檢測(cè)的準(zhǔn)確性，基于雙門限實(shí)現(xiàn)了認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)的頻譜聯(lián)合檢測(cè)。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，首先利用雙門限的能量檢測(cè)對(duì)頻譜進(jìn)行一級(jí)檢測(cè)，若能量落在兩門限之外，則直接進(jìn)行判斷；若能量落在兩門限之間，則將頻譜進(jìn)行分割，利用多子帶聯(lián)合檢測(cè)方法對(duì)頻譜進(jìn)行二級(jí)檢測(cè)。其中，一級(jí)檢測(cè)中的雙門限是以系統(tǒng)吞吐量最大化為目標(biāo)設(shè)定的。當(dāng)一級(jí)檢測(cè)中的能量(E)落在雙門限λΗ)之外時(shí)，可以認(rèn)為頻譜并不是只有部分頻段被使用(Ε< λ J，或是頻譜只有很少的部分未被使用(Ε> λ Η)，不值得花費(fèi)更多的時(shí)間來(lái)檢測(cè)。只有當(dāng)落在雙門限之間時(shí)，才認(rèn)為該頻譜只有部分頻段被使用，并且值得通過(guò)更多的檢測(cè)時(shí)間來(lái)獲取那些空閑的頻譜，因此，才啟動(dòng)多子帶聯(lián)合檢測(cè)方法對(duì)頻譜進(jìn)行二級(jí)檢測(cè)。在本方法中，系統(tǒng)的吞吐量可以定義為
權(quán)利要求
1.一種兩極頻譜檢測(cè)方法，其特征在于首先利用雙門限的能量檢測(cè)對(duì)頻譜進(jìn)行一級(jí)檢測(cè)，若能量落在兩門限之外，則直接進(jìn)行判斷；若能量落在兩門限之間，則將頻譜進(jìn)行分割，利用多子帶聯(lián)合檢測(cè)方法對(duì)頻譜進(jìn)行二級(jí)檢測(cè)，其中，一級(jí)檢測(cè)中的雙門限是以系統(tǒng)的吞吐量最大化為目標(biāo)設(shè)定的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩極頻譜檢測(cè)方法，其特征在于該方法具體步驟如下 步驟一系統(tǒng)啟動(dòng)，在檢測(cè)設(shè)備上設(shè)定需要檢測(cè)的目標(biāo)頻譜的總帶寬W，模/數(shù)采樣設(shè)備的采樣頻率fs，能量檢測(cè)所需的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度N和多子帶聯(lián)合檢測(cè)中頻譜劃分的頻段數(shù)K，這樣就能確定一級(jí)檢測(cè)時(shí)間T1和二級(jí)檢測(cè)時(shí)間T2,除此之外，還要根據(jù)系統(tǒng)的總體性能要求， 設(shè)定一級(jí)檢測(cè)的虛警概率4和漏檢概率1U，二級(jí)檢測(cè)的虛警概率 ,Pf1 <pfl ；步驟二 系統(tǒng)對(duì)待檢測(cè)的頻譜進(jìn)行學(xué)習(xí)，得到頻譜處于空閑和被使用狀態(tài)的概率Pi和 Pb，以及頻譜使用率α的概率密度分布函數(shù)f( α)，次要用戶通過(guò)信道估計(jì)得到信道的噪聲方差δ w2和信噪比SNR,并確定傳輸?shù)腟NRt ；步驟三根據(jù)步驟一和步驟二中確定的參數(shù)，得到在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間T內(nèi)，系統(tǒng)的吞吐量；通過(guò)求吞吐量的最大值，得到啟動(dòng)二級(jí)檢測(cè)的最優(yōu)門限β、步驟四確定檢測(cè)門限根據(jù)系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的一級(jí)檢測(cè)的虛警概率々和漏檢概率 《dl，以及求出的最優(yōu)解β*，計(jì)算得到一級(jí)檢測(cè)的下門限λ,和上門限λΗ;根據(jù)系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的二級(jí)檢測(cè)的虛警概率巧2，計(jì)算得到二級(jí)檢測(cè)門限入；步驟五一級(jí)能量檢測(cè)一級(jí)檢測(cè)利用能量檢測(cè)進(jìn)行粗檢，計(jì)算待檢測(cè)信號(hào)的能量Ε， λΗ，則首要用戶信號(hào)存在，該頻譜不可使用；若Ε< λ〃則認(rèn)為首要用戶信號(hào)不存在，該頻譜可使用；若λΗ，則認(rèn)為頻譜只有部分頻段被首要用戶使用，啟動(dòng)二級(jí)多子帶聯(lián)合檢測(cè)，對(duì)該頻譜進(jìn)行細(xì)檢；步驟六二級(jí)多子帶聯(lián)合檢測(cè)二級(jí)檢測(cè)利用多子帶聯(lián)合檢測(cè)進(jìn)行細(xì)檢，將頻譜在頻域分割成正交的K個(gè)子帶，再分別對(duì)每個(gè)子帶進(jìn)行能量檢測(cè)，將計(jì)算得到的能量值&與二級(jí)門限λ進(jìn)行比較，若λ，則認(rèn)為該子帶被首要用戶使用；若&彡λ，則認(rèn)為該子帶空閑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的兩極頻譜檢測(cè)方法，其特征在于所述系統(tǒng)的吞吐量定義為P+Pb X \P{f{a){\-a))da (β) =-^---xW χΤχ Iog2 (1 + SNRt)Γ + ZJ + Γ2 χ j" f(a)da式中，Pi和Pb分別是頻譜處于空閑和被使用狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)概率，α是被使用的頻段占整個(gè)頻譜的百分比，從統(tǒng)計(jì)意義上講，認(rèn)為α是服從概率密度為的隨機(jī)分布，W是頻譜的總帶寬，Τ、 \和T2分別為數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，一級(jí)能量檢測(cè)時(shí)間和二級(jí)多子帶聯(lián)合檢測(cè)時(shí)間， β是一級(jí)檢測(cè)中的百分比門限，表示當(dāng)使用的頻段占整個(gè)頻譜的β以上時(shí)，由于空閑頻譜太少而不啟動(dòng)二級(jí)檢測(cè)，當(dāng)其他參數(shù)都設(shè)定時(shí)，系統(tǒng)吞吐量th(i3)就是β的函數(shù)，通過(guò)求 th(i3)的最大值，就得到最優(yōu)的β*。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的兩極頻譜檢測(cè)方法，其特征在于所述一級(jí)能量檢測(cè)中， 信號(hào)能量的計(jì)算為
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的兩極頻譜檢測(cè)方法，其特征在于所述虛警概率Pf和漏檢概率Pmd的計(jì)算公式為
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的兩極頻譜檢測(cè)方法，其特征在于所述一級(jí)檢測(cè)的下門限由信道的噪聲功率和虛警概率確定，而上門限由信道噪聲、信噪比，漏檢概率以及使吞吐量最大的f確定
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的兩極頻譜檢測(cè)方法，其特征在于所述二級(jí)多子帶聯(lián)合檢測(cè)中，頻譜被分割成了 K個(gè)正交子帶，對(duì)每一個(gè)子帶分別進(jìn)行能量檢測(cè)
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域的兩級(jí)頻譜檢測(cè)的方法，方法首先利用雙門限的能量檢測(cè)對(duì)頻譜進(jìn)行一級(jí)檢測(cè)，若能量落在兩門限之外，則直接進(jìn)行判斷；若能量落在兩門限之間，則將頻譜進(jìn)行分割，利用多子帶聯(lián)合檢測(cè)方法對(duì)頻譜進(jìn)行二級(jí)檢測(cè)，其中，一級(jí)檢測(cè)中的雙門限是以系統(tǒng)吞吐量最大化為目標(biāo)設(shè)定的。該方法在提高檢測(cè)準(zhǔn)確度的同時(shí)，盡量減少檢測(cè)時(shí)間，從而最大化系統(tǒng)的吞吐量。
文檔編號(hào)H04L25/02GK102412911SQ20111021965
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月2日
發(fā)明者李鶴, 甘小鶯, 許苗, 錢良 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)