專利名稱：一種基于偏差修正的能量檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于認(rèn)知無線電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及其中的能量檢測方法。
背景技術(shù)：
隨著無線業(yè)務(wù)的增長，頻譜資源顯得日漸稀缺，為了解決這一問題，研究者提出了認(rèn)知無線電(Cognitive Radio, CR)技術(shù)。CR技術(shù)的前提是尋找到可用的頻譜資源,頻譜感知正是用來完成這一任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)。為了有效地避免認(rèn)知無線電系統(tǒng)的信號對授權(quán)用戶產(chǎn)生有害的干擾，要求頻譜感知方法在低信噪比(Signal-to-Noise Ratio, SNR)下能夠可靠地檢測出授權(quán)用戶信號來。在CR系統(tǒng)中能量檢測(energy detection, ED)是一種簡單易行的頻譜感知方法，但是傳統(tǒng)的ED技術(shù)在低信噪比下檢測概率較低，不能很好地滿足認(rèn)知無線電技術(shù)的要求。 研究發(fā)現(xiàn)隨機共振(Stochastic Resonance, SR)能夠使信號得到增強并且能夠抑制噪聲。當(dāng)輸入的信號、噪聲和SR系統(tǒng)相匹配時噪聲的部分能量能夠轉(zhuǎn)移到信號上，使信號得到增強，噪聲的得干擾得到削減，使輸出的SNR得到顯著的提高，于是把SR理論應(yīng)用于頻譜感知技術(shù)中，這樣能夠有效地提高頻譜感知的性能?，F(xiàn)有的把信號通過SR系統(tǒng)的處理然后直接進(jìn)行能量檢測的方法如下
[H " T j / )= S1 (VI.+" ( / )頻譜感知的二元假設(shè)檢驗?zāi)Ｐ蜑閖 .；，其中，H1表示存在授權(quán)
用戶信號的假設(shè)，Htl表示不存在授權(quán)用戶信號的假設(shè)；r(t)表示要感知的接收信號，s(t)表示授權(quán)用戶信號，n(t)表示均值為零、方差為< 的加性白高斯噪聲(Additive WhiteGaussian Noise, AWGN)0在認(rèn)知無線電的頻譜感知中通常釆用如下的非線性Iangevin方程描述雙穩(wěn)態(tài)SR
系統(tǒng)=+沖)+ _),其中，V(x，t)是雙穩(wěn)態(tài)SR系統(tǒng)的勢函數(shù)，其表達(dá)式為
atax
FCx) = -!x2+^t4，其中，a，b為SR系統(tǒng)參數(shù)，U0=a2/(4b)為勢壘的高度，+ + 是 J 2 4土c = ±如0
SR系統(tǒng)的兩個勢講點,把接收信號r(t)=s(t)+n(t)代入Iangevin方程中求解得到x(t),
x(t)通過能量檢測，判斷授權(quán)用戶是否信號存在，即通過=計算得到檢驗統(tǒng)
計量T(r)，把T(r)與門限!■進(jìn)行比較，判斷授權(quán)用戶信號是否存在。這里，N表示每次頻譜感知所需的累積樣本數(shù)。隨機共振系統(tǒng)要求輸入的信號周期成分的頻率一般較小，一般采用了二次采樣技術(shù)來降低大頻率信號的頻率，使其滿足SR系統(tǒng)的要求。二次采樣的基本原理是通過尺度變換因子R把高頻信號變換成與隨機共振系統(tǒng)相匹配的低頻信號。R的作用原理是采樣后的信號表示為51 (n) = Asm(2nrfcnAt + 然后進(jìn)行如下處理

權(quán)利要求
1.一種基于偏差修正的能量檢測方法，其特征在于，包括以下步驟 51.初始化參數(shù)所述參數(shù)包括，計算檢驗統(tǒng)計量所需的信號采樣累積點數(shù)N;虛警概率Pf; 二次采樣的尺度變換因子R ； 52.對輸入信號進(jìn)行尺度變換因子為R的二次采樣，輸出的信號記為r'(t)； 53.將步驟S2得到的r'(t)作為隨機共振系統(tǒng)的輸入信號，求解描述隨機共振系統(tǒng)的Iangevin方程的輸出信號x(t)； 54.求解步驟S3得到的x(t)的N個采樣點的均值 55.利用步驟S4得到的N個采樣點的均值J計算檢驗統(tǒng)計量T(x)，T(x)與預(yù)先設(shè)置的第一判決門限比較做出判決。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的能量檢測方法，其特征在于，步驟S5所述的計算檢驗統(tǒng)計量T(X)的過程如下 =，其中，x[n] =x(nRAt), At為接收信號r(t)的采樣間隔。 n=l
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的能量檢測方法，其特征在于，步驟SI所述的二次采樣的尺度變換因子R具體通過如下過程得到 511.初始化二次采樣參數(shù)所述參數(shù)具體包括二次采樣尺度變換因子R，尺度變換因子的增加步長AR;隨機共振的固有參數(shù)a，產(chǎn)生隨機共振的參考頻率fMf，fMf的計算偏移量Afref ;零頻計算偏移量Afci ;頻譜幅度比較系數(shù)m ； 512.確定SR系統(tǒng)參數(shù)b:所述SR系統(tǒng)通過Iangevin方程與^ = -— - —-I-.v(/) + //(/) dtdx $進(jìn)行描述，其中，「⑴=-^2+^4，s⑴是授權(quán)用戶信號；n(t)是均值為零方差為2的 2 4噪聲。根據(jù)接收信號Ht)獲得噪聲方差￠7，其中，^0=8(0+11(0，然后由3和<的值確定參數(shù)b ； 513.將接收信號r(t)進(jìn)行尺度變換因子為R的二次采樣，得到信號W(t)； 514.信號W(t)通過Iangevin方程求得信號X(t)； 515.將X(t)做傅里葉變換，得到Z(f)，f為頻率值，Z(f)即是在頻率為f處的頻譜幅度值；516.求[fref-A fref, fref+ A fref]或者[-fref- A fref, -fref+ A fref]范圍內(nèi)的 Z (f)的最大值，記為kref，求[-A f0, A fQ]范圍內(nèi)的Z (f)的最大值，記為Atl ； 517.如果Aref彡HiXAtl,則完成二次采樣得到尺度變換因子R，否則將尺度變換因子R賦值為R與A R的和，g卩R=R+AR，轉(zhuǎn)到步驟S13。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能量檢測方法，其特征在于，步驟Sll所述的二次采樣尺度變換因子R=I。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能量檢測方法，其特征在于，步驟S12所述的由a和Cr的值確定的參數(shù)
6.一種基于偏差修正的能量檢測方法，包括以下步驟 51.初始化參數(shù)所述參數(shù)包括，計算檢驗統(tǒng)計量所需的信號采樣累積點數(shù)N;虛警概率Pf; 二次采樣的尺度變換因子R ； 52.對大頻率的信號進(jìn)行尺度變換因子為R的二次采樣，輸出的信號記為r'(t)； 53.將步驟S2得到的r'(t)作為隨機共振系統(tǒng)的輸入信號，求解描述隨機共振系統(tǒng)的Iangevin方程的輸出信號x(t)； 54.求解步驟S3得到的X(t)的N個采樣點的最大值Xmax和最小值Xmin ； 55.利用步驟S4得到的最大值Xmax和最小值Xmin計算檢驗統(tǒng)計量T(X)，T(X)與預(yù)先設(shè)置的第二判決門限比較做出判決。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的能量檢測方法，其特征在于，步驟S5所述的計算檢驗統(tǒng)計量T(X)的過程如下T (X) = | Xmax-Xmin|2。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的能量檢測方法，其特征在于，步驟SI所述的二次采樣的尺度變換因子R具體通過如下過程得到 . 511.初始化二次采樣參數(shù)所述參數(shù)具體包括二次采樣尺度變換因子R，尺度變換因子的增加步長AR;隨機共振的固有參數(shù)a，產(chǎn)生隨機共振的參考頻率fMf，fMf的計算偏移量Aftrf ;零頻計算偏移量Aftl ;頻譜幅度比較系數(shù)m ; . 512.確定SR系統(tǒng)參數(shù)b:所述SR系統(tǒng)通過Iangevin方程
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的能量檢測方法，其特征在于，步驟Sll所述的二次采樣尺度變換因子R=I。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的能量檢測方法，其特征在于，步驟S12所述的由a和<的值確定的參數(shù)
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于偏差修正的能量檢測方法，具體先把大頻率的接收信號r(t)經(jīng)過二次采樣處理，降為小頻率的信號r′(t)，然后輸入SR系統(tǒng)輸出為x(t)，最后對x(t)進(jìn)行基于偏差修正處理求得檢驗統(tǒng)計量T(x)，T(x)與門限比較做出判決。本發(fā)明的方法有效地消除了SR系統(tǒng)輸出信號的直流分量，使得檢測性能得到了提高，特別是在低SNR下表現(xiàn)出良好的性能，并且有效的抑制了噪聲不確定性對頻譜感知性能的影響，很好的滿足了CR系統(tǒng)的要求；并且在計算二次采樣的尺度變換因子時，本發(fā)明的方法又通過頻譜幅度值的反饋來調(diào)節(jié)二次采樣的尺度變換因子，從而把輸入的授權(quán)用戶信號變換到自適應(yīng)隨機共振系統(tǒng)易于產(chǎn)生隨機共振的頻率，使輸出信噪比增益達(dá)到最大。
文檔編號H04B17/00GK102710347SQ20121014032
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者張少文, 李少謙, 王軍, 鐘鳴 申請人:電子科技大學(xué)