一種基于二項(xiàng)分布的快速頻譜感知方法和裝置的制造方法
【專利說明】一種基于二項(xiàng)分布的快速頻譜感知方法和裝置 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及認(rèn)知無線電領(lǐng)域中的頻譜感知技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于二項(xiàng)分布 的快速頻譜感知方法和裝置。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 認(rèn)知無線電（CR)技術(shù)是一種動(dòng)態(tài)頻譜管理技術(shù)，旨在解決當(dāng)前日益嚴(yán)重的頻譜 資源匱乏、頻譜利用率不高的問題。其核心思想是允許次用戶（SU)在主用戶（PU)不使用 授權(quán)頻段時(shí)動(dòng)態(tài)接入該頻段，而當(dāng)主用戶重新使用授權(quán)頻段時(shí)次用戶能夠及時(shí)撤出，以免 干擾主用戶通信?？梢?，認(rèn)知無線電的前提條件和首要任務(wù)是頻譜感知，即次用戶可以快速 并準(zhǔn)確感知頻段內(nèi)是否存在主用戶信號(hào)以實(shí)現(xiàn)頻譜動(dòng)態(tài)接入和撤出。
[0003] 經(jīng)典的頻譜感知方法主要有循環(huán)平穩(wěn)特征檢測方法、匹配濾波檢測方法、能量檢 測方法和基于協(xié)方差矩陣特征結(jié)構(gòu)的感知方法等，循環(huán)平穩(wěn)特征檢測方法復(fù)雜度高，而匹 配濾波檢測方法必須預(yù)知主用戶的先驗(yàn)知識(shí)（如信號(hào)波形、調(diào)制方式等）且對于同步的要 求也比較高，實(shí)際應(yīng)用有較大限制，能量檢測（ED)方法由HarryUrkowitz于1967年在文 獻(xiàn)《Energydetectionofunknowndeterministicsignals》（《確定性信號(hào)的能量檢測 方法》）中提出，該方法不需要得知主用戶的任何先驗(yàn)信息，且硬件實(shí)現(xiàn)簡單，只需要少量采 樣點(diǎn)便可獲得較佳的感知性能，但它需要預(yù)知噪聲方差，且對噪聲不確定度敏感，噪聲不確 定度往往會(huì)造成算法性能的急劇下降，基于協(xié)方差矩陣特征結(jié)構(gòu)的感知方法克服了這一問 題，該類方法利用信號(hào)之間的相關(guān)性進(jìn)行檢測，主要有基于最大最小特征值之比的方法和 基于特征模板匹配的方法等，其檢測性能優(yōu)于能量檢測，不需要預(yù)知任何先驗(yàn)知識(shí)，且不受 噪聲不確定度影響，但其缺點(diǎn)是需要較多采樣點(diǎn)，且運(yùn)算復(fù)雜度較高，不適用實(shí)時(shí)檢測；最 近，沈雷等人于2012年在文獻(xiàn)《認(rèn)知無線電中基于擬合優(yōu)度的頻譜盲檢測算法研究》中提 出一種基于特征函數(shù)的頻譜盲檢測（CAD)方法，該算法檢測性能較好，不需要知道噪聲方 差且不受噪聲不確定度影響，但缺點(diǎn)是檢測方法的運(yùn)算量大（檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的運(yùn)算量大）。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種快速頻譜感知方法和裝置，使感知過程簡單易實(shí)現(xiàn)，并 有較好的感知性能，且感知結(jié)果不受噪聲不確定度影響。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的具體方案是：一種基于二項(xiàng)分布的快速頻譜感 知裝置，包括采樣器、數(shù)值計(jì)算器和判決器，其中采樣器用于對解調(diào)信號(hào)進(jìn)行采樣，并將采 樣點(diǎn)數(shù)值傳輸給數(shù)值計(jì)算器，數(shù)值計(jì)算器用于對采樣點(diǎn)數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果傳輸 給判決器，判決器用于接收數(shù)值計(jì)算器的計(jì)算結(jié)果并進(jìn)行判決。
[0006] 進(jìn)一步的，所述數(shù)值計(jì)算器包括比較器和加法器，所述比較器用于比較采樣點(diǎn)數(shù) 值是否大于〇,并將比較結(jié)果傳輸給加法器，所述加法器用于統(tǒng)計(jì)采樣點(diǎn)數(shù)值大于〇的采樣 點(diǎn)個(gè)數(shù)，并將統(tǒng)計(jì)結(jié)果傳輸給判決器。
[0007] -種基于二項(xiàng)分布的快速頻譜感知方法包括以下步驟：
[0008] 1)通過采樣器對接收信號(hào)x(t)進(jìn)行采樣，得到采樣點(diǎn)數(shù)值x(n)，并將采樣點(diǎn)數(shù)值 x(n)傳輸給比較器；
[0009] 2)通過比較器對采樣點(diǎn)數(shù)值x(n)進(jìn)行比較，比較采樣點(diǎn)數(shù)值是否大于0,并將比 較結(jié)果傳輸給加法器，加法器統(tǒng)計(jì)采樣點(diǎn)數(shù)值x(n)大于0的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)T，并將采樣點(diǎn)個(gè)數(shù) T其作為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量：
[0010]
[0011] 上式中：x(n)為第n時(shí)刻接收信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)值，u(x)為階躍函數(shù)，N為采樣個(gè) 數(shù)，T為采樣點(diǎn)數(shù)值x(n)大于0的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)；
[0012] 3)通過設(shè)定的虛警概率Pf計(jì)算判決門限y郴y2;
[0013] 4)判決器根據(jù)上述門限進(jìn)行判決，判斷主用戶是否存在。
[0014] 所述步驟3)中的門限確定方法為yFYl-Pf)，y2=F YPf);
[0015] 上式中：yJPy2為判決門限，Pf為虛警概率，且0彡P(guān)f彡1，F(xiàn)(t)表示參數(shù)為 (N，0. 5)的二項(xiàng)分布的累積分布函數(shù)。
[0016] 所述步驟4)中的判決準(zhǔn)則為：當(dāng)T多丫iST彡Y2時(shí)，則判決主用戶存在，頻譜 占用；否則判決主用戶不存在，頻譜空閑。
[0017] 太發(fā)昍熄頗遒咸如間題表述為如下二元假設(shè)檢驗(yàn)問題：
[0018]
[0019] 其中，x表示次用戶接收信號(hào)，s表示主用戶發(fā)送信號(hào)，w表示均值為〇、方差為g 的加性高斯白噪聲，H。表示主用戶不存在，Hi表示主用戶存在。
[0020] 更進(jìn)一步，根據(jù)接收信號(hào)采樣值的分布情況判斷信號(hào)x中是否存在主用戶信號(hào)的 具體步驟如下：
[0021] 1)采樣器對接收信號(hào)x(t)進(jìn)行采樣，得到采樣點(diǎn)數(shù)值x(n)(n= 1，2,…，N)，其 中，x(n)表示第n時(shí)刻接收到信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)值；
[0022] 2)通過數(shù)值計(jì)數(shù)器中的比較器判斷采樣點(diǎn)數(shù)值是否大于0,通過加法器統(tǒng)計(jì)采樣 點(diǎn)數(shù)值x(n)大于0的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)T，并以采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)T作為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量：
[0023]
[0024] 其中，T為采樣點(diǎn)數(shù)值x(n)大于0的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，N為采樣數(shù)，u(x)為階躍函數(shù)， x(n)為第n時(shí)刻接收到信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)值；
[0025] 3)由于H。時(shí)T服從參數(shù)為（N，0.5)的二項(xiàng)分布，采樣信號(hào)為解調(diào)后的碼元，其數(shù) 值有正和負(fù)兩種情況，分別針對上述兩種情況，結(jié)合給定的虛警概率Pf計(jì)算兩個(gè)判決門限 丫丄和丫 2:
[0026] Tl= F '(l-Pf)
[0027] y2= F '(Pj)
[0028] 其中，yJPY2為判決門限，F(xiàn)(t)表示參數(shù)為（N，0. 5)的二項(xiàng)分布的累積分布函 數(shù)，Pf為虛警概率，且〇彡P(guān)f< 1 ;
[0029] 4)判決器根據(jù)如下準(zhǔn)則進(jìn)行判決：若T彡y:或T彡Y2，則判決主用戶存在，頻譜 占用；否則判決主用戶不存在，頻譜空閑。
[0030] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：
[0031] (1)相比于能量檢測方法，本發(fā)明方法的感知性能有很大提高，在運(yùn)算量方面，雖 然本發(fā)明方法的加法次數(shù)比能量檢測方法多，但本發(fā)明方法的乘法次數(shù)比能量檢測方法 少，而實(shí)際應(yīng)用中運(yùn)算量的負(fù)荷主要來源于乘法運(yùn)算，即乘法運(yùn)算比加法運(yùn)算復(fù)雜，因此本 發(fā)明方法的運(yùn)算量低于能量檢測方法的運(yùn)算量；相比于基于特征函數(shù)的頻譜盲檢測方法， 在運(yùn)算量方面，不管是加法運(yùn)算量還是乘法運(yùn)算量，本發(fā)明方法的運(yùn)算量都低于基于特征 函數(shù)頻譜盲檢測（CAD)方法的運(yùn)算量。
[0032]