[發明專利]一種適用于多天線系統的認知無線電多帶頻譜檢測方法

無效

• 申請號: 201210439868.2
• 申請日: 2012-11-07
• 公開（公告）號: CN102932047A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 劉元安;卿浩博;謝剛;劉芳;陳立
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04B7/08
• 分類號: H04B7/08;H04B17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，尤其涉及一種適用于多天線系統的認知無線電多帶頻譜檢測方法。

背景技術

近年來，認知無線電作為一種新興的通過動態頻譜接入來提高頻譜利用率的技術，已得到了學術界和工業界的高度重視。在認知無線電技術中，從用戶動態地接入未被主用戶占用的頻段(頻譜空洞)進行通信，而當主用戶出現時，從用戶則退出此頻段供主用戶使用，避免了對主用戶造成干擾。這種方式有效地利用了稀缺的頻譜資源，大大提高了頻譜利用率。頻譜檢測技術作為認知無線電中的關鍵一步，旨在檢測頻譜空洞供從用戶使用。

目前，頻譜檢測方法已經得到了廣泛研究，主要包括能量檢測、匹配濾波器檢測、循環平穩特征檢測等。這些方法可以通過多天線技術，采用合作檢測的方式來協作地做出判決，提高檢測性能。然而，從用戶需要知道一些先驗信息，如信號類型、噪聲方差、信道增益等，這將大大限制其應用范圍。

在上述方法中，能量檢測是應用最廣、復雜度最低的，并且它不依賴于主用戶的信號類型。在高斯白噪聲假設的前提下，如果噪聲方差精確已知，能量檢測將是最優的。然而，在實際系統中，由于噪聲不確定度的存在，噪聲功率不可能精確估計，能量檢測的性能將會大大惡化。因此，當存在噪聲不確定度時，如何設計一種不依賴于噪聲功率的頻譜檢測方法，成為了亟待解決的問題。

另一方面，當認知無線電系統工作在寬帶信道上時，各個子信道的占用情況不盡相同，能量檢測需要逐一檢測各個子信道并做出判決，當子信道數很多時，將耗費大量的檢測時間。如果能同時對該寬帶信道的頻譜占用情況做出判決，將大大縮短檢測時間，提高頻譜利用率。

基于以上問題，本發明提出一種適用于多天線系統的認知無線電多帶頻譜檢測方法，該方法不需要任何先驗信息，有效的解決了噪聲不確定度對能量檢測性能的影響。同時，該方法對多帶信道的占用情況同時做出判決，縮短檢測時間，提高了頻譜利用率。

發明內容

該方法首先估計出多帶信道中被占用信道的個數，然后判斷被占用信道的位置，確定出空閑信道與被占用信道。

本發明提供了一種多天線多帶頻譜檢測方法，其特征在于該方法是一種盲的檢測技術，不需要先驗信息，對噪聲不確定度具有魯棒性，能有效的抵抗噪聲不確定度對檢測性能的影響。該方法需要滿足從用戶多天線數大于被占用信道數的前提條件，包括以下步驟：

步驟一：計算多天線接收端的采樣協方差矩陣。采樣協方差矩陣是指用接收信號的有限次抽樣來近似統計協方差矩陣。當抽樣數趨于無窮時，抽樣協方差矩陣是統計協方差矩陣的完美近似。

步驟二：采樣協方差矩陣的酉變換。步驟一中所得到的采樣協方差矩陣的蓋氏半徑比較大，且蓋氏圓心相離很近，導致信號和噪聲的蓋氏圓盤相互重疊，難以從噪聲中分離出信號。通過對采樣協方差矩陣進行一系列酉變換處理，信號和噪聲的蓋氏圓盤相互分離，從而可以利用蓋氏圓盤定理分離出信號和噪聲。

步驟三：估計被占用信道的個數。利用步驟二中酉變換后的采樣協方差矩陣的蓋氏半徑，結合蓋氏圓盤估計器，可以估計出被占用信道的個數。

步驟四：區分空閑信道與被占用信道。注意到被占用信道的功率來自于信號與噪聲的疊加，而空閑信道則只有噪聲的影響。因此，接收功率大的信道會有更大的概率被主用戶所占用。如果我們對各子信道的功率按降序排列，并假設步驟三中估計出的被占用信道數為則前個信道為被占用信道，后面的信道為空閑信道。

所述步驟一的采樣協方差矩陣為其中N代表采樣數，r(n)為從用戶多天線接收端接收到的信號。

所述步驟二的酉變換處理包括以下操作：