[發明專利]基于壓縮非重構的軟判決頻譜感知方法

有效

• 申請號: 201410548826.1
• 申請日: 2014-10-14
• 公開（公告）號: CN104270210B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 吳昊;陳勇;柳永祥;趙杭生;許金勇;邵震洪
• 申請（專利權）人: 中央軍委裝備發展部第六十三研究所
• 主分類號: H04B17/382
• 分類號: H04B17/382
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明設計一種基于壓縮非重構的軟判決頻譜感知方法，主要過程為：第一，感知模型建立，次級用戶建立本地頻譜感知模型，采用二元假設模型，考慮在非合作方式下，本發明采用能量檢測方法；第二，壓縮采樣，次級用戶利用二維高斯測量矩陣對接收信號進行壓縮采樣；第三，在不對壓縮采樣數據進行重構的情況，次級用戶直接利用壓縮采樣數據建立基于能量的檢驗統計量，但不對主用戶是否存在進行判別，而是將檢驗統計量傳遞給融合中心。第四，融合中心的軟判決，在融合中心收集完所有次級用戶發送的檢驗統計量后，建立統一的檢驗統計量，與檢測門限進行比較，給出最終判決結果。

技術領域

本發明涉及一種用于分布式頻譜監測系統的頻譜感知方法，特別是一種基于壓縮非重構的軟判決頻譜感知方法。

背景技術

頻譜感知是認知無線電網絡中的關鍵技術，是確定主用戶是否存在、尋找空閑信道的重要手段。如何快速準確的感知監測范圍內頻譜占用情況是頻譜感知面臨的重要問題。當前，基于無線傳感網的分布式頻譜監測系統利用認知無線電技術實現頻譜的感知和利用。為了克服多徑衰落和信道衰落的影響，通常采用軟判決和硬判決等協作檢測的方式，在相同的情況下，軟判決性能優于硬判決，但軟判決需要犧牲傳輸帶寬資源為代價。硬判決時，次級用戶僅僅傳送1比特的判決結果信息，而軟判決時，次級用戶需要傳送采集的樣值或檢驗統計量，需要的傳輸資源遠大于硬判決。但軟判決具有較高的檢測概率，在信道帶寬不受限時，仍然得到廣泛應用。

在認知無線電網絡中，次級用戶在使用頻譜資源之前，為了不對主用戶產生干擾，必須進行高效的頻譜感知，在本地判決時常采用如能量檢測、特征檢測、匹配濾波等方法，且要求次級用戶以奈奎斯特速率對接收到的信號進行采樣，且采樣速率至少為信號最高頻率的兩倍，才能在接收端無失真的重現原始信號，進而進行信號分析處理。但隨著電子技術不斷發展，當信號占用帶寬很寬時，在接收端需處理的數據量非常大。在實際中，希望在保證信號質量的前提下以最少的抽樣數據來恢復原始信號，從而降低信號存儲、處理和傳輸的成本。而壓縮采樣理論在假設信號是稀疏的條件下，通過一個與變換基不相關的觀測矩陣將原始高維信號投影到一個低維空間上，進而求解一個優化問題就可以從這些少量的投影中以高概率重構出原始信號。在壓縮感知理論中，信號的采樣和壓縮同時以低速率進行，使采樣和計算成本大大降低，而信號的恢復過程是一個優化計算過程。

本發明將壓縮采樣和頻譜感知結合，提出一種基于壓縮非重構的軟判決頻譜感知方法。近年來，也有文獻開展壓縮采樣理論在頻譜檢測中的應用研究，如基于壓縮感知的寬帶頻譜檢測算法、基于采樣值數字特征的壓縮感知信號檢測方法以及基于亞奈奎斯特采樣和循環特征檢測的寬帶頻譜感知技術等等，上述算法有的需從觀測值重構出原始信號，只是降低在傳輸上的壓力，沒有充分發揮壓縮采樣理論的優勢，有的沒有給出壓縮采樣后感知算法性能閉解表達式，只是通過仿真驗證。本發明提出基于壓縮非重構的軟判決頻譜感知方法，利用壓縮采樣的觀測矩陣將原信號進行降維處理，在不重構原始信號的情況下，在本地判決中采用能量檢測的方法，同時為降低傳輸壓力，且保持較高的檢測性能，次級用戶將各自的檢驗統計量傳遞給融合中心，融合中心建立統一的檢驗統計量，并作出最終判別。此外本發明推導出基于壓縮非重構的軟判決頻譜感知方法性能的閉解表達式，發明成果可廣泛用于分布式頻譜監測系統中。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高效的基于壓縮非重構的軟判決頻譜感知方法。

實現本發明的技術方案是：第一，感知模型建立，次級用戶建立本地頻譜感知模型，采用二元假設模型，考慮在非合作方式下，本發明采用能量檢測方法；第二，壓縮采樣，次級用戶利用二維高斯測量矩陣對接收信號進行壓縮采樣；第三，在不對壓縮采樣數據進行重構的情況，次級用戶直接利用壓縮采樣數據建立基于能量的檢驗統計量，但不對主用戶是否存在進行判別，而是將檢驗統計量傳遞給融合中心。第四，融合中心的軟判決，在融合中心收集完所有次級用戶發送的檢驗統計量后，建立統一的檢驗統計量，與檢測門限進行比較，給出最終判決結果。