[發明專利]一種認知無線電系統中的快速頻譜感知方法

無效

• 申請號: 201010554950.0
• 申請日: 2010-11-22
• 公開（公告）號: CN102013928A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 金明;李有明;王讓定;王曉麗
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: H04B17/00
• 分類號: H04B17/00
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 程曉明

技術領域

本發明涉及一種認知無線電技術，尤其是涉及一種認知無線電系統中的快速頻譜感知方法。

背景技術

隨著半導體技術、微電子技術和計算機技術的快速發展，無線通信得到了迅猛的發展和應用，并滲透到了社會各個領域。無線通信提供的業務也由單一的對帶寬要求不高的話音業務向需要較寬頻譜的寬帶多媒體業務發展。隨著對頻譜資源需求的不斷增長，無線通信的頻譜資源變得越來越緊張，成為了制約無線通信發展的瓶頸。無線通信的頻譜資源的緊張主要表現在以下兩個方面：第一，無線局域網(WLAN)、無線個人局域網(WPAN)等業務接入的非授權頻段已經趨于飽和；第二，隨著越來越多的授權頻段頻譜被分配利用，可以提供給新業務使用的空閑頻段出現短缺。然而，美國聯邦通信委員會(Federal?Communications?Commission，FCC)頻譜政策任務組的調查表明，由頻率管理部門分配的授權頻段在不同的時間段、不同的地理區域里的使用率在15％到85％之間，這些授權頻段大部分時間里未被占用，還有一些只是被部分占用，頻譜的利用情況極不平衡。可見，當前無線通信的頻譜資源短缺現狀并不是由于頻譜資源物理上的不足，而主要是由于現有的固定頻譜分配管理機制導致頻譜利用率低造成的。

認知無線電(Cognitive?Radio，CR)技術的提出，為無線通信的頻譜資源緊張提供了一種新的解決思路。認知無線電技術的核心思想就是認知無線電設備能感知周圍的無線環境特征，在不妨礙主用戶正常傳輸的前提下，通過自適應調整其傳輸參數，達到合理利用無線頻譜資源的目的。為了保證授權用戶的正常通信不受干擾并且提高授權頻段的利用效率，必須要求認知無線電設備具有快速可靠的頻譜感知功能。因此，頻譜感知成為了認知無線電技術中極為關鍵的一部分。

認知無線電系統中的頻譜感知方法分為協作頻譜感知方法和單點頻譜感知方法兩大類。其中，協作頻譜感知方法配置多個認知用戶，多個認知用戶把各自的感知結果進行融合。單點頻譜感知方法利用一個認知用戶對頻譜進行感知，圖1給出了使用單點頻譜感知方法的認知無線電系統的示意圖，圖1中單個認知用戶接收空中的電磁波信號；認知用戶然后從接收到的電磁波信號中用濾波器把感興趣頻段(或者稱為目標頻段)的信號濾出來，這通過濾波器的目標頻段的信號中可能含有主用戶基站發射的電磁波信號(也就是說主用戶正在使用這個頻段)，也可能沒有主用戶基站發射的電磁波信號(也就是說主用戶沒有使用這個頻段)；認知用戶再利用通過濾波器的目標頻段的信號來判斷目標頻段有沒有被主用戶使用，當目標頻段沒有被主用戶使用時即主用戶基站沒有發射電磁波信號時，認知無線電系統開始正常通信，從而達到頻譜感知的目的。

現有的單點頻譜感知方法主要有匹配濾波器檢測、能量檢測和循環特征檢測等方法。其中能量檢測方法被廣泛研究，其具有實現簡單、復雜度低且不需要授權用戶先驗知識等優點，但是其存在一個較為嚴重的缺點，就是該方法對噪聲不確定性非常敏感，且在低信噪比時性能較差。針對能量檢測方法對噪聲不確定性敏感的問題，Naraghi-Pour等人在2010年發表的《Autocorrelation-Based?Spectrum?Sensing?for?CognitiveRadios》(認知無線電中基于自相關的頻譜感知方法)中提出了一種基于自相關的頻譜感知方法，該方法對噪聲不確定性不敏感，但是該方法在推導檢驗統計量的概率密度函數時假設對認知用戶接收到的電磁波信號進行采樣的采樣點數足夠多，然后在推導恒虛警概率判決門限計算方法的過程中利用了中心極限定理。利用該方法時，如果要進一步提高認知無線電系統的頻譜利用率，也就是說要對頻譜進行快速感知，勢必要減少感知時間，感知時間的減少必會引起采樣點數的減少，然而，當采樣點數較少時，在恒虛警概率判決門限計算過程中就不能利用中心極限定理，此時通過上述基于自相關的恒虛警概率判決門限計算方法得到的判決門限會產生很大的虛警概率誤差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種在采樣點數較大和較小時均能獲得準確的判決門限，能夠有效降低虛警概率誤差的快速頻譜感知方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種認知無線電系統中的快速頻譜感知方法，其特征在于包括以下步驟：

①任意給定恒虛警概率和對認知用戶接收到的電磁波信號進行采樣的采樣點數，記恒虛警概率為P_f，記采樣點數為N；