[發明專利]基于小波包變換實現自適應頻譜感知的方法

無效

• 申請號: 200910006462.3
• 申請日: 2009-02-18
• 公開（公告）號: CN101807960A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 許方敏;周雷
• 申請（專利權）人: 三星電子株式會社;北京三星通信技術研究有限公司
• 主分類號: H04B17/00
• 分類號: H04B17/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 戎志敏

技術領域

本發明涉及認知無線電，特別涉及基于小波包變換實現自適應頻譜感知的方法。

背景技術

認知無線電(Cognitive?Radio)是為了解決未來無線通信中可用頻譜資源緊缺，傳統固定頻譜分配機制利用率不高而提出的一種頻譜共享技術，認知無線電通過對周圍無線環境進行頻譜感知(Spectrum?Sensing)，并基于頻譜感知的結果選擇合適的空閑工作頻段，調整無線傳輸參數，即避免了對該頻段上有使用許可用戶系統的干擾，又保證了認知設備的傳輸。認知無線電中一個關鍵技術和實現的前提就是如何保證準確而快速的進行頻譜感知。

在認知無線電系統中，常見的單節點頻譜感知方法包括能量檢測，匹配濾波器，循環平穩特征檢測等，這些感知方法都存在著不足，如能量檢測器雖然實現比較簡單，但是容易受到信道和噪聲不確定性的影響。在單節點頻譜感知的基礎上基于協作的辦法提出了協作感知的方法，即融合多個認知設備頻譜感知的結果做出總的判決，從而能降低由于無線信道衰落或陰影對感知性能的影響。

在認知無線電系統中，常見的頻譜感知方法按照參與感知的節點及其方式分可以分為單節點感知，多節點協作感知和網絡輔助感知三類。這三類感知方法各有其優缺點，單節點感知的優點在于實現簡單，不需要節點之間交互控制信息和數據信息，缺點是感知性能容易受到無線信道衰落或陰影的影響。多節點協作感知的方法，即融合多個認知設備頻譜感知的結果做出總的判決，能降低由于無線信道衰落或陰影對感知性能的影響，但是由于多個認知設備協同工作會帶來很多問題，如需要增加信道來傳輸交互各自的感知信息，增加了處理的時延，此外由于惡意節點的出現可能會破壞感知結果。

在單節點感知技術中，匹配濾波器和循環平穩特性檢測都屬于信號特征檢測的方法，需要檢測端事先知道主系統用戶的信號特點。而能量檢測則是一種盲檢測技術，因此具有較大的適應范圍，并且實現起來比較簡單，但是缺點在于不確定的噪聲容易造成檢測錯誤，此外，無線信道的衰落也會影響檢測性能。

針對盲檢測技術，我們需要解決如下幾個方面的問題：

1)應該具有對抗噪聲不確定性的能力，即檢測性能與噪聲功率變化無關，這樣可以避免對噪聲進行估計。

2)在低信噪比的情況下也能實現檢測，這樣可以提高檢測性能，從而避免由于漏檢，次要用戶給主用戶帶來干擾。

應用場景如圖1所示，主用戶(Primary?User)和認知次要用戶(Secondary?User)共享使用頻譜，要保證認知設備不會影響主用戶系統的正常工作。

在IEEE?802.22標準草案D1.0列舉的頻譜感知方法中提出了利用協方差矩陣結合特征值的方法，但是存在著計算復雜，并且在低信噪比情況下檢測性能差，不能有效對抗噪聲不確定性的缺點。MRSS方法利用連續小波函數與接收信號做相關，通過小波函數的寬度來調節頻譜感知的分辨率，相關后計算功率譜，但是由于在模擬域射頻端處理，而且由于要多次通過不同的小波函數做相關來調節分辨率，所以處理時間長，不利于數字信號處理芯片實現。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于小波包變換實現自適應頻譜感知的方法。

為實現上述目的，一種基于小波包變換實現自適應頻譜感知的方法，包括步驟：

a.在天線接收到射頻信號之后，通過帶通濾波器，得到要感知的頻段的接收信號；

b.經過濾波器后的信號進行下變頻從射頻變到中頻或者基帶；

c.下變頻后的信號進行模數轉換，抽樣量化；

d.抽樣后的信號進行自適應多層小波包變換；

e.對每個子頻帶的平均信號功率與門限進行比較，得到頻譜空洞。

本發明通過小波包的消噪處理能夠減少噪聲的影響，從而實現低信噪比情況下的頻譜感知。

附圖說明

圖1是一個典型的認知無線電應用場景；

圖2是小波包變換頻譜檢測的功能示意圖；

圖3是小波包變換劃分頻帶的示意圖；

圖4是自適應小波包變換頻譜感知的示意圖；

圖5是自適應小波包變換頻譜感知流程圖；

圖6是ATSC信號(信噪比-20dB)的三級和四級小波包變換結果；

圖7是ATSC信號和無線麥克風信號共存時(信噪比-20dB)采用三級和四級小波包變換的結果。

具體實施方式