[發明專利]一種基于貝葉斯準則和能量檢測法的頻譜感知方法

在審

• 申請號: 201611186700.X
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN106788817A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 童景文;金明
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: H04B17/382
• 分類號: H04B17/382;H04B17/309
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙)33226
• 代理人: 周玨

技術領域

本發明涉及一種認知無線電系統中的頻譜感知技術，尤其是涉及一種基于貝葉斯準則和能量檢測法的頻譜感知方法。

背景技術

隨著無線通信的迅速發展，無線通信用戶及其業務需求不斷增長，并且無線通信所提供的服務也從簡單的低速語音擴展到高速多媒體數據應用。因此，可用的無線頻譜成為了一種現代社會不可或缺的有限自然資源。一方面，人類對無線頻譜的需求不斷增加；另一方面，可供人類利用的無線頻譜資源是極為有限的，兩者之間的矛盾對無線通信的發展起到了一定的阻礙作用。為了尋找緩解無線頻譜資源緊張的方法，相關研究機構對無線頻譜使用狀況進行監測后發現：很多被分配給特定用戶的無線頻譜在時間和空間上并沒有得到充分的利用。美國加州大學伯克利分校無線通信研究中心對伯克利區午間時分的頻譜測量結果顯示：0～3GHz頻譜利用率較高，大約為30％；3～4GHz頻譜利用率為0.25％；4～5GHz頻譜的利用率只有0.13％。中國移動研究院無線技術研究所在2009年，對我國授權頻譜的利用情況進行了實測，實測結果表明大部分頻譜的利用率不足5％，有的甚至接近0％。也即是說，當前固定頻譜分配機制使得已分配的頻譜資源利用率非常低。認知無線電的提出為提高頻譜利用率提供了一個可行的思路，其能夠有效利用已被分配但是處于空閑狀態的頻譜資源。為了防止對授權用戶產生不可接受的干擾，同時能夠有效檢測出處于空閑狀態的頻譜資源，頻譜感知成了認知無線電系統中的關鍵技術之一。

頻譜感知的目的是穩健地檢測出授權頻段中是否存在授權用戶，為實現認知無線電的其它環節作基礎。近幾年，不少學者和研究機構提出了大量的頻譜感知方法，比如能量檢測法、協方差檢測法、匹配濾波檢測法、循環平穩檢測法等。其中，能量檢測法因計算復雜度低、且不需要授權用戶信號的任何先驗信息得到了廣泛研究。在噪聲功率精確已知時，能量檢測法在同等復雜度的檢測器中擁有最佳檢測性能。但是，Tandra等人在2008年發表的《SNR Walls for Signal Detection》(信號檢測中的信噪比墻現象)一文中指出，實際中噪聲功率很難確切獲取(也就是說存在噪聲功率不確定性問題)，這時能量檢測法的性能便會嚴重下降，同時產生信噪比墻現象。針對噪聲功率不確定性導致能量檢測法性能下降這一問題，Jouini在2011年發表的《Energy Detection Limits Under Log-Normal Approximated Noise Uncertainty》(估計的噪聲功率服從對數正態分布下能量檢測法的性能限分析)中，假設估計的噪聲功率服從無偏的對數正態分布，則可通過重新構建檢驗統計量來抵抗噪聲功率不確定性，從而實現頻譜感知。但是，由于對數正態分布是沒有上界的，因此即使存在很小的噪聲功率不確定性也會導致設計的檢測器性能嚴重下降。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于貝葉斯準則和能量檢測法的頻譜感知方法，其考慮到干擾環境下導致噪聲功率不確定性的情況，通過估計感知用戶接收到的噪聲功率的分布，并結合貝葉斯準則來降低噪聲功率不確定性對頻譜感知性能的影響。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種基于貝葉斯準則和能量檢測法的頻譜感知方法，其特征在于包括以下步驟：

①在認知無線電系統中，存在多個感知用戶和多個授權用戶；將其中一個感知用戶作為當前感知用戶；利用當前感知用戶對監測信道中的信號進行N次采樣，得到由N個采樣點信號構成的采樣信號，將采樣信號中的第n個采樣點信號記為x(n)；其中，N≥2，1≤n≤N；

②根據當前感知用戶對應的采樣信號中的所有采樣點信號，計算檢驗統計量，記為T，其中，符號“||”為取絕對值符號；

③根據當前感知用戶對應的采樣信號中的所有采樣點信號，估計得到當前感知用戶的噪聲功率的分布；然后根據當前感知用戶的噪聲功率的分布，獲得當前感知用戶的噪聲功率的分布的累積分布函數，記為接著基于貝葉斯準則和能量檢測法，在給定目標虛警概率的情形下，獲得判決門限，記為λ，其中，F()為函數表示形式，F^-1()為F()的逆函數，Q()表示標準正態累積分布函數的尾部面積函數；

④比較檢驗統計量T與判決門限λ，如果T>λ，則判定在監測信道內有授權用戶信號；如果T≤λ，則判定在監測信道內無授權用戶信號，從而實現頻譜感知。

與現有技術相比，本發明的優點在于：