[發明專利]自適應頻譜檢測方法和系統

有效

• 申請號: 200910242563.0
• 申請日: 2009-12-16
• 公開（公告）號: CN101753174A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 劉凱;張軍;肖林;徐楨
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04B1/707
• 分類號: H04B1/707;H04W48/16
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 劉芳

技術領域

本發明涉及一種頻譜檢測方法和系統，特別是一種自適應頻譜檢測方法 和系統。

背景技術

認知無線電網絡通過感知外界環境，并使用人工智能技術從環境中學 習，有目的地實時改變某些操作參數(如傳輸功率、載波功率和調制等)， 使其內部狀態適應接收到的無線信號的統計變化，從而實現任何時間、任何 地點的高可靠通信，以及對異構網絡環境優先的無線頻譜資源進行高效地利 用。認知無線電網絡中的用戶稱為認知用戶，購買頻帶使用權的用戶稱為授 權用戶，授權用戶使用頻帶的優先權比認知用戶高，認知用戶需要保證對授 權用戶干擾小于一定水平的條件下最大化地發現空閑頻譜，即發現接入機會。 因此，認知無線電網絡的一個關鍵設計問題是頻譜檢測問題，即認知用戶如 何檢測目標頻帶并發現可用頻譜的問題，頻譜檢測的質量直接影響著空閑頻 譜的使用效率以及授權用戶正常使用頻帶的權利。

現有技術頻譜檢測方法主要有兩類：本地頻譜檢測和協作頻譜檢測。本 地頻譜檢測是指認知用戶獨立的檢測頻譜發現接入機會，協作頻譜檢測是指 多個認知用戶通過一定的方式協作檢測頻譜發現接入機會。本地頻譜檢測是 協作頻譜檢測的基礎，協作頻譜檢測解決了本地頻譜檢測中存在的隱藏終端 問題，可提供較高的檢測性能。

本地頻譜檢測主要有三類：匹配濾波器檢測、能量檢測和循環平穩特征 檢測。當授權用戶信號已知時，匹配濾波器檢測是較佳的檢測方法。匹配濾 波器檢測利用授權用戶信號的導頻碼、前導碼或擴頻碼等特征，認知用戶可 以連續地同授權用戶進行定時和載波同步，甚至信道均等化，從而解調接收 到的信號，判斷授權用戶信號是否占用頻帶。但當授權用戶信號未知時，該 方法需要執行各種接收機算法，消耗大量的能量，實施的復雜度很高。循環 平穩特征檢測是根據授權用戶的信號統計特性進行檢測的方法。授權用戶的 信號統計特性一般具有周期性，可以看成循環平穩隨機過程，不同信號的譜 相關函數在“頻率，循環頻率，幅值”三維空間上具有不同的特征，授權信 號的譜相關函數在不同的循環頻率和頻率處出現峰值，噪聲僅在循環頻率值 為0時出現峰值，循環平穩特征檢測根據峰值的位置可以檢測授權用戶信號。 由于該方法的實現需要兩次傅里葉變換，因此運算復雜度高。能量檢測是一 種常用的頻譜檢測方式，使用帶通濾波器截取目標信號，數模(A/D)轉換后， 在檢測時間內抽樣并計算平均抽樣能量，獲得檢驗統計量，將檢驗統計量與 閾值相比較來判斷授權用戶是否占用頻帶。該方法計算量小，實施簡單，且 可以在不知道授權用戶信號類型的條件下進行檢測。

由于認知用戶處于次級系統，要求其檢測能力有更好的靈敏度。每個認 知用戶所在的位置不同，受多徑衰落和陰影效應的影響，并且單個認知用戶 本身計算能力有限，所以本地檢測性能不高。協作頻譜檢測基于本地頻譜檢 測信息或結果，進行數據融合與決策，利用認知無線電網絡中不同地理位置 的檢測節點構成的空間分集，大大提高了全局檢測性能，降低單個認知用戶 的復雜度，能夠有效地解決隱藏終端問題，在整體應對衰落時有更好的魯棒 性。協作頻譜檢測主要有兩種決策方法：軟決策方法和硬決策方法。軟決策 方法是指認知用戶考慮與決策相關的因素(如位置、信道衰減等)發送檢測 信息給融合中心，融合中心利用設定的判決閾值做出決策。硬決策方法是指 認知用戶將本地檢測的結果發送給融合中心，融合中心依據本地檢測結果， 做出決策。

在上述頻譜檢測方法中，由于硬決策方法發送的是檢測結果，丟失了大 量的信息，因此檢測精度較低，降低了接入機會。現有技術為了解決上述問 題，通常使用硬決策或軟決策中的最大比合并準則以及等增益合并準則，但 最大比合并準則以及等增益合并準則的主要實施目的是為了檢測授權用戶， 因此現有技術方法并沒有有效地提高接入機會。

發明內容

本發明的目的是提供一種自適應頻譜檢測方法和系統，可以有效提高頻 譜接入機會。

為了實現上述目的，本發明提供了一種自適應頻譜檢測方法，包括：

數個認知用戶在本次檢測開始時刻按照預先設定的檢測時間進行檢測；

所述認知用戶將檢測信息發送給中心單元；

所述中心單元使用漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型獲得本次 檢測的接入機會判決結果，通過本次檢測和前一次檢測的判決結果確定認知 用戶下一次檢測的檢測開始時刻；