[發(fā)明專利]隨機(jī)信號(hào)功率頻域估計(jì)方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010205019.1
• 申請(qǐng)日: 2010-06-21
• 公開（公告）號(hào): CN102142910A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張士兵;包志華;張昊曄
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B17/00
• 分類號(hào): H04B17/00;H04L25/02
• 代理公司: 南京匯盛專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32238
• 代理人: 吳靜安

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及隨機(jī)信號(hào)功率的估計(jì)技術(shù)，更具體地說涉及一種根據(jù)信號(hào)的頻域特征估計(jì)隨機(jī)信號(hào)功率的方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前，日益增長的頻譜需求和有限的頻譜資源之間的矛盾日顯突出，嚴(yán)重制約了無線通信業(yè)務(wù)的發(fā)展。但從實(shí)際無線頻譜運(yùn)營情況來看，已分配(授權(quán))的無線頻譜在時(shí)間和空間上存在著相當(dāng)程度的閑置，根據(jù)對(duì)無線頻譜的測(cè)量數(shù)據(jù)報(bào)告，大部分無線頻段的頻譜使用率僅在10％左右。如何有效解決頻譜資源稀缺與頻譜使用率低之間的矛盾成為無線通信中的關(guān)鍵技術(shù)。賦予認(rèn)知功能的無線電(CR)被公認(rèn)為高效利用無線頻譜的有效技術(shù)手段。

CR技術(shù)的核心則是通過動(dòng)態(tài)頻譜感知來探測(cè)“頻譜空洞”，合理占用臨時(shí)可用頻段，并根據(jù)感知信息自適應(yīng)、動(dòng)態(tài)地改變自身信號(hào)發(fā)射功率、發(fā)射頻率、調(diào)制方式等傳輸參數(shù)以規(guī)避正在通信的主用戶(授權(quán)用戶)。它要求次用戶(CR用戶)通過感知周圍無線環(huán)境、改變自身傳輸參數(shù)以保證不對(duì)現(xiàn)存的主用戶產(chǎn)生任何干擾。正是這種能迅速改變自身傳輸參數(shù)的特征使得CR技術(shù)被認(rèn)為是未來通信的“下一次革命”。在頻譜兼容性和互操作性變得越來越困難的今天，兼有物理層(PHY)和網(wǎng)絡(luò)層(MAC)感知功能的CR技術(shù)被寄予了厚望。

正確感知和檢測(cè)周圍無線環(huán)境是CR工作的前提。常見的頻譜檢測(cè)器有匹配濾波檢測(cè)器、能量檢測(cè)器、循環(huán)平穩(wěn)特征檢測(cè)器、小波檢測(cè)器和協(xié)方差檢測(cè)器等。其中，能量檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)簡單，無需信號(hào)的先驗(yàn)知識(shí)，只需測(cè)量頻域或時(shí)域上一段觀測(cè)空間內(nèi)隨機(jī)信號(hào)的總能量就可以判決是否有授權(quán)用戶出現(xiàn)，是目前應(yīng)用最廣的一種頻譜檢測(cè)方法。

能量檢測(cè)器的主要缺點(diǎn)是噪聲干擾溫度門限難以確定，特別當(dāng)主信號(hào)極弱時(shí)，噪聲的波動(dòng)性對(duì)判決門限的預(yù)定影響非常大，很難準(zhǔn)確設(shè)置判決門限以保證頻譜檢測(cè)的準(zhǔn)確性。另外，能量檢測(cè)器的判決門限有時(shí)還與信號(hào)功率相關(guān)。只有準(zhǔn)確知道信道噪聲功率和信號(hào)功率，才能有效、準(zhǔn)確地設(shè)置能量檢測(cè)器的判決門限，提高頻譜檢測(cè)性能。

實(shí)際上，在許多隨機(jī)信號(hào)的檢測(cè)過程中往往需要掌握待檢測(cè)信號(hào)中噪聲功率和有用信號(hào)功率，因此隨機(jī)信號(hào)功率估計(jì)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決噪聲功率不確定性和信號(hào)功率不確定性對(duì)能量檢測(cè)器性能的影響，設(shè)計(jì)一種在頻域中估計(jì)信道高斯噪聲和信號(hào)功率的方法，即一種隨機(jī)信號(hào)功率頻域估計(jì)方法。

上述目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

設(shè)隨機(jī)信號(hào)y(t)＝s(t)+n(t)，其中，n(t)表示加性高斯噪聲，s(t)表示有用信號(hào)，對(duì)所述隨機(jī)信號(hào)y(t)的所述功率估計(jì)包括下列步驟：

1)采樣，在0≤t≤T內(nèi)對(duì)隨機(jī)信號(hào)y(t)進(jìn)行抽樣點(diǎn)數(shù)M的采樣，將連續(xù)信號(hào)y(t)轉(zhuǎn)變成離散信號(hào)y(m)，0≤m≤M-1；

2)時(shí)頻變換，將離散信號(hào)y(m)通過快速傅里葉變換器進(jìn)行時(shí)頻變換，得到隨機(jī)信號(hào)y(t)的頻域離散信號(hào)Y(m)；

3)信號(hào)分解，以Y(m)作為本原信號(hào)空間Z(l)，0≤l≤L-1，L為本原信號(hào)空間Z(l)的長度。將本原信號(hào)空間Z(l)均勻分成上頻帶信號(hào)空間U＝{U(k)}和下頻帶信號(hào)空間D＝{D(k)}，0≤k≤K，K＝L/2；

4)噪聲空間選擇，比較上頻帶信號(hào)空間U＝{U(k)}和下頻帶信號(hào)空間D＝{D(k)}的能量，選擇能量較低的頻帶信號(hào)空間作為噪聲功率估計(jì)空間N(k)，0≤k≤K，K＝L/2；

5)顯著性水平計(jì)算，根據(jù)給定顯著性水平因子β₀和系數(shù)η，在噪聲功率估計(jì)空間N(k)中計(jì)算顯著性水平

β=Pr{N(k)>η·σ^n}]]>

其中，為噪聲功率估計(jì)空間N(k)的平均功率；

6)噪聲功率估計(jì)，比較上述兩個(gè)顯著性水平。如果

β≤β₀