CN103281142A - 联合时域双门限和频域变点数的能量检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种联合时域双门限和频域变点数的能量检测方法和装置，其根据时域能量检测与频域能量检测的特点，利用双门限的能量检测法进行初次检测。若统计能量落在两门限的两端，则直接进行判断。若能量落在时域高低门限之间，则利用频域能量检测。其中，若能量落在低门限与变点数分割门限之间，则进行N点FFT变换的频域能量检测，反之进行

点FFT变换的频域能量检测。本发明能够提高检测准确概率同时节省检测时耗为目的，综合时域能量检测与频域能量检测的特点，基于时域双门限实现了认知无线电***中的频谱联合检测。

Description

联合时域双门限和频域变点数的能量检测方法和装置

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种用于认知无线电***中联合时域双门限和频域变点数能量检测方法和装置。

背景技术

随着无线通信业务需求的快速增长，可用频谱资源日益变得匮乏，频谱资源的紧张问题已经是无线通信技术发展的主要瓶颈之一。即便如此，一些授权用户对于分配的频谱资源的利用率仍然较低。认知无线电的应用为提高频谱利用率提供了一种良好的解决方案，其核心思想就是在不对授权用户产生干扰的情况下，当授权用户在未使用授权频段时，认知用户便可使用该频段进行通信。由于认知用户需通过各种信号检测和处理手段来获取无线网络中的频谱使用信息，因此如何快速和准确地检测出主用户信号在这段频谱上是否存在，并可以允许认知用户接入，然后利用其进行通信，是认知无线电的频谱感知所需解决的关键技术问题。其中信号的准确检测的重要性表现在以下两个方面:（1）准确性：准确的感知主用户能确保CR用户不会对主用户造成干扰；（2）实时性，即及时有效的，快速地感知到空闲频谱，从而增加认知用户利用空闲频谱通信的机会。

目前，国内外研究的频谱感知算法主要分为多用户协作频谱感知和单用户频谱感知。多用户协作频谱感知需要多个认知用户相互协作，克服隐节点和深衰落对通信信道的影响，提高认知无线电的感知性能。然而，当通信网络中有大量的认知用户共存时，它们就需要占用大量的通信带宽来进行检测信息的传送。单用户频谱感知不需要传送额外的感知信息，在通信***中得到广泛应用，其常用的算法是基于能量检测的频谱感知算法。

能量检测的算法根据待测信号功率大小的不同进行检测，它是一种对未知参数的确定性信号存在性检测的有效算法，能量检测算法又分为时域能量检测与频域能量检测。时域能量检测算法实现比较简单，检测时效性高，但是无法获得检测信号的失真度与频谱信息。频域能量检测算法引入了快速傅里叶变换(FFT,Fast Fourier Transformation)，从频谱方面不仅可以获得检测信号的失真度，而且可以确认检测信号是否为DVB-T信号，但是处理的数据量增加，并且FFT变换的点数越大，处理数据量越大，检测时耗越长。如公告号为CN101848044的中国发明专利申请公开的一种“低功耗时域和频域双阀值联合能量检测算法”，虽然基于时域能量检测功耗小，频域能量检测检测精度大，但是该算法在信噪比较大时，仍需要进行时域与频域联合检测，检测时耗长且处理数据的量大。因此，目前仍未有检测时耗、检测准确度、算法复杂度均满足认知无线电中频谱感知技术的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种联合时域双门限和频域变点数的能量检测方法和装置，其以提高检测准确概率同时节省检测时耗为目的，综合时域能量检测与频域能量检测的特点，基于时域双门限实现了认知无线电***中的频谱联合检测。

本发明根据时域能量检测与频域能量检测的特点，利用双门限的能量检测法进行初次检测。若统计能量落在两门限的两端，则直接进行判断。若能量落在时域高低门限之间，则利用频域能量检测。其中，若能量落在低门限与变点数分割门限之间，则进行N点FFT变换的频域能量检测，反之进行

点FFT变换的频域能量检测。

为解决上述问题，本发明是通过以下方案实现的：

一种联合时域双门限和频域变点数的能量检测方法，包括如下步骤：

A.确定高门限λ_H、低门限λ_L、以及时域双门限与频域变点数的分割门限λ_D，其中

${\mathrm{\λ}}_H=N_T{\mathrm{\δ}}_v^2+Q^{-1}\left(P_f\right)\sqrt{{2N}_T{\left({\mathrm{\δ}}_v^2\right)}^2}$

${\mathrm{\λ}}_L=N_T{\mathrm{\δ}}_v^2$

${\mathrm{\λ}}_D=\mathrm{\α}({\mathrm{\λ}}_L+{\mathrm{\λ}}_H),{\mathrm{\λ}}_L/{\mathrm{\λ}}_L+{\mathrm{\λ}}_H\≤\mathrm{\α}\≤{\mathrm{\λ}}_H/{\mathrm{\λ}}_L+{\mathrm{\λ}}_H$

式中，N_T为预设的采样点数，

为预估的高斯白噪声方差，P_f为预设的虚警概率，Q^-1为Q函数的反函数，α为预设的分割因子；

B.利用时域能量检测法对待测信号进行初次检测；即先对对待测信号进行时域能量检测，计算待测信号的时域能量值；将计算所得的时域能量值与确定的高门限和低门限进行比较，若计算所得的时域能量值大于等于高门限λ_H，则判为H₁，即主用户信号存在；若计算所得的时域能量值小于等于低门限λ_L，则判为H₀，即主用户信号不存在；若计算所得的时域能量值处于高门限λ_L与低门限λ_H之间，则表明时域能量检测法无法确定主用户信号是否存在，则需用频域能量检测来进一步确定；

C．利用频域能量检测法对无法确定主用户信号是否存在的待测信号进行进一步的检测；即对于落在高门限λ_L与分割门限λ_D之间的待测信号，进行N点的快速傅里叶变换的频域能量检测，计算待测信号的频域能量值；对于落在分割门限λ_D与低门限λ_L与之间的待测信号，进行

点的快速傅里叶变换的频域能量检测，计算待测信号的频域能量值；将计算所得的频域能量值与预设的频域检测门限进行比较，若大于等于频域检测门限，则判为H₁，主用户信号存在；反之判为H₀，主用户信号不存在。

在步骤C中，预设的频域检测门限为λ_N和λ_N/2，且λ_N＞λ_N/2；将进行N点的快速傅里叶变换所得的频域能量值与λ_N进行比较，以判定主用户信号是否存在；将进行点的快速傅里叶变换所得的频域能量值与λ_N/2进行比较，以判定主用户信号是否存在。

上述步骤中预设的各门限值是一个与SNR（Signal-to-Noise Ratio）有关的参数，每一个SNR值对应一个不同的门限值，而且SNR越大预设的门限越小，反之门限越大。

在步骤C中，预设的频域检测门限λ_N为预设的频域检测门限λ_N/2的2倍。

在步骤C中，当SNR在-10db～0db范围内时，预设的频域检测门限λ_N介于27321～273217之间，预设的频域检测门限λ_N/2介于13661～136608之间。

在步骤A中，预设的时域采样点数N_T介于256～512之间，预设频域采样点数N介于1024～2048之间，预设的虚警概率P_f介于0.01～0.1之间，预设的分割因子α介于0.4655～0.5345之间。

基于上述方法所设计的一种联合时域双门限和频域变点数的能量检测装置，主要由AD转换模块、时域能量检测模块、频域变点数能量检测模块、能量范围判断模块、第一门限判决模块、第二门限判决模块和与门模块组成。其中AD转换模块的输入端输入射频信号。AD转换模块的输出端分为2路，一路与时域能量检测模块的输入端相连，一路与频域变点数能量检测模块的输入端相连。时域能量检测模块的输出端连接能量范围判断模块的输入端，能量范围判断模块的输出端分为2路，一路直接经第一门限判决模块后与与门模块的一个输入端相连，另一路经频域变点数能量检测模块及第二门限判决模块后与与门模块的另一个输入端相连，与门模块的输出端输出检测信号。

上述方案中，所述时域能量检测模块包括第一平方运算器和累加计算器。其中第一平方运算器的输入端与AD转换模块的输出端相连，第一平方运算器的输出端与累加计算器的输入端相连，累加计算器的输出端经能量范围判断模块连接第一门限判决模块的输入端。

上述方案中，所述频域变点数能量检测模块包括快速傅里叶变换点数选择器、快速傅里叶变换器、第二平方运算器和综合计算器。其中快速傅里叶变换点数选择器的输入端连接AD转换模块，快速傅里叶变换点数选择器的输出端依次经由快速傅里叶变换器、第二平方运算器与综合计算器的输入端相连，综合计算器的输出端连接第二门限判决模块的输入端。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、采用时域双门限，当信噪比比较大时，检测信号的能量大于高门限λ_H，此时只进行时域能量检测，而相对于单门限的时域与频域联合能量检测，节省了频域检测的时耗；

2、当能量值处于高低门限之间，进行频域能量检测，若能量值处于λ_L和λ_D之间，采用N点进行N点的FFT变换的频域能量检测，反之进行点的FFT变换的频域能量检测，相对于不变点数的FFT变换的频域能量检测，减少了数据处理量，节省了检测时耗；

3、在保证一定检测性能与准确度的条件下，相对于采用联合多种检测算法，数据处理量小，算法复杂度低，简单实用，可以在认知无线电***中得到广泛的应用。

附图说明

图1为时域双门限与频域变点数能量检测算法实现框图。

图2为时域双门限判决示意图。

图3为时域能量检测模型图。

图4为频域能量检测模型图。

图5为时域双门限与频域变点数能量检测算法流程图。

图6为时域、频域门限，能量与信噪比之间的曲线图。

图7为***检测时耗与信噪比之间的曲线图。

具体实施方式

本发明根据时域能量检测与频域能量检测的特点，基于双门限实现了时域—频域变点数能量检测。其整体思想如图1所示，利用时域检测的时耗少和实现简单的优点，先对主用信号进行初步筛选，待测信号通过数模转换器A/D对射频信号进行采集获得x(n)，然后进行时域能量检测得到能量统计值Y，如图2所示，若统计值Y处于高低门限λ_L，λ_H两端，则直接进行判决，不再进行频域检测；如果能量值处于高低门限λ_H，λ_L之间，时域判决主用户信号存在，再启动频域变点数FFT变换检测模块进行确认，能量值处于λ_L，λ_D之间，进行N点FFT变换，反之进行

点FFT变换，并根据所得频域能量统计值与门限值比较，大于门限，则判决主用户信号存在，反之不存在。这样即节省了检测时耗又保证了一定的检测概率。

时域双门限的取值非常重要，高门限λ_H取值将影响虚警概率P_f，取值越高虚警概率越低，但增大了能量落在双门限之间的概率从而增加检测算法的时耗；低门限λ_L的取值影响检测概率P_d，取值越小准确检测概率越大，但同样也会增加检测算法的时耗；而双门限值之差太大也会增加检测算法的时耗。因此，要综合考虑虚警概率、准确检测概率以及检测算法的时耗来确定时域双门限的取值。

能量检测的算法根据待测信号功率大小的不同进行检测，它是一种对未知参数的确定性信号存在性检测的有效算法。

时域能量检测模型如图3所示。时域能量检测器由模数转换器(A/D)、平方运算器、累加计算器和门限判决模块组成。采集射频信号x(t)通过模数转换器将模拟信号变为数字信号x(n)，x(n)通过平方运算器进入累加计算器对N_T维采样点求和，获得待测信号的时域能量统计值Y，将Y与预先设定的判决门限λ_H和λ_L进行比较，判断是否存在主用户信号。

在认知无线电中，频谱检测可以抽象为一个二元假设检验问题：

$\left\{\begin{array}{c}{H}_0:x\left(n\right)=v\left(n\right);n=0,...,N_T-1\\ H_1:x\left(n\right)=s\left(n\right)+v\left(n\right);n=0,...,N_T-1\end{array}\right.$

其中：v(n)为零均值方差为

的加性高斯白噪声，即v(n)

s(n)为待测的主用户信号；x(n)为从射频采集的信号；N_T为时域检测信号的采样点数；H₁与H₀为分别表示主用户信号s(n)存在于不存在两种假设。该检测算法中假设s(n)为均值为零，方差为

的高斯随机过程，即s(n)

并且s(n)与v(n)相互独立，则s(n)+v(n)

能量检测算法的本质是当主用户信号存在时，所获得的能量统计量大于噪声单独存在时的能量：E{(s(n)+v(n))²}=E{s(n)²}+E{v(n)²}>E{v(n)²}

时域能量判决统计值为：

$Y=\underset{n=0}{\overset{N_T}{\mathrm{\Σ}}}x{\left(n\right)}^2$

频谱感知性能由两种概率来衡量:检测概率P_d和虚警概率P_f，分别如下式表示:

P_d=P(判为H₁|H₁)

P_f=P(判为H₁|H₀)

其中：检测概率P_d表示主用户正在使用频谱同时认知用户也检测到主用户存在的情况，其大小表明主用户被保护而不受认知用户干扰的程度。虚警概率P_f表明认知用户检测到主用户存在而实际上主用户并不存在的情况。如果P_f较高，则认知用户对空闲信道的利用率降低，减少可接入无线网络的机会。

当主用户不存在即只存在噪声时，判决统计量Y服从自由度为N_T的中心卡方分布；当主用户存在时，判决统计量服从自由度为N_T的非中心卡方分布，非中心的参数κ为主用户信号能量与高斯白噪声双边带功率谱密度N₀之比，即:

$\left\{\begin{array}{cc}{H}_0:Y& {x_N^2}_T\\ H_1:Y& {x_N^2}_T\left(\mathrm{\κ}\right)\end{array}\right.$

其中： $\mathrm{\κ}=\frac{\underset{n=0}{\overset{N_T}{\mathrm{\Σ}}}x{\left(n\right)}^2}{N_0}$

根据中心极限定理，当N_T 1时，判决统计量Y可近似为高斯随机过程，表达式如下：

$Y\left\{\begin{array}{c}{H}_0:N(N_T{\mathrm{\δ}}_v^2,2N_T{\mathrm{\δ}}_v^4)\\ H_1:N(N_T({\mathrm{\δ}}_s^2+{\mathrm{\δ}}_v^2),2N{({\mathrm{\δ}}_s^2+{\mathrm{\δ}}_v^2)}^2)\end{array}\right.$

通过以上分析，时域检测概率

与虚警概率

可近似表示为：

$P_d^T=Q\left(\frac{{\mathrm{\λ}}_L-N_T({\mathrm{\δ}}_v^2+{\mathrm{\δ}}_s^2)}{\sqrt{{2N}_T{({\mathrm{\δ}}_v^2+{\mathrm{\δ}}_s^2)}^2}}\right)$

$P_f^T=Q\left(\frac{{\mathrm{\λ}}_L-N_T{\mathrm{\δ}}_v^2}{\sqrt{{2N}_T{\mathrm{\δ}}_v^4}}\right)$

其中： $Q\left(x\right)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}}\underset{x}{\overset{+\∞}{\∫}}{e}^{{-\mathrm{\τ}}^2/2}\mathrm{d\τ};$

在认知无线电***中，对于预设一组

采样点数N_T与信噪比(SNR,Signal Noise Ratio)有关，如下所示：

$N_T=2{[Q^{-1}\left(P_f^T\right)-Q^{-1}\left(P_d^T\right)(1+\mathrm{SNR})]}^2{\mathrm{SNR}}^{-2}=O(1/\mathrm{SNR})$

其中：

随着SNR的增大，N_T点数减小；

目前大部分的检测器的设计都遵循预设虚警概率准则，基于该准则判决门限可由采样点数N_T和预设的P_f以及估计的

表示式如下：

$\mathrm{\λ}=N_T{\mathrm{\δ}}_v^2+Q^{-1}\left(P_f^T\right)\sqrt{{2H}_T{\mathrm{\δ}}_v^4}$

当Y处于λ_L与λ_H之间，启动频域检测，频域检测模型如图4所示，其主要由模数转换器(A/D)，FFT点数选择器，FFT模块，平方运算器，综合计算器，门限判决模块组成。通过模数转换器(A/D)对接收射频端信号x(t)进行采集得到数字信号x(n)，通过时域的判决信息，进行FFT点数选择并进行FFT变换，然后将频域信号进行平方获得频域能量信号，通过综合计算器对频域能量信号求平均得到频域能量统计值

，最后将

与预设的门限λ_F比较，判断是否存在主用户信号。

频域能量检测相对时域能量检测来说，是在时域能量统计值Y处于λ_L，λ_H之间检测到主用户信号的基础上再进行一次检测，从而提高了检测的准确性，但是增加了检测的时耗。频域根据Y在靠近λ_L到λ_H过程中SNR是不断增大的，所以在λ_L，λ_H之间必定存在一点，使得频域采用N点FFT变换与采用

点FFT变换得到的判决结果一样；

基于此思想就引入了频域变点数分割门限λ_D，对于时域能量统计值Y落在λ_L，λ_D之间，此时SNR相对比较小，采用N点FFT变换；而当时域能量统计值Y落在λ_D，λ_H之间，此时SNR相对较大，采用

点FFT变换可得到采用N点FFT变换一样的判决结果，从而采用变点数的频域检测算法，通过设置频域变点数分割门限λ_D，既有效的确保了检测准确度又节省了时耗。频域能量检测其他过程与时域能量检测类似，就不再详述。

本实施例的一种联合时域双门限和频域变点数的能量检测方法，具体包括如下步骤：

A、确定高门限λ_H、低门限λ_L、以及时域双门限与频域变点数的分割门限λ_D，其中

${\mathrm{\λ}}_H=N_T{\mathrm{\δ}}_v^2+Q^{-1}\left(P_f\right)\sqrt{{2N}_T{\left({\mathrm{\δ}}_v^2\right)}^2}$

${\mathrm{\λ}}_L=N_T{\mathrm{\δ}}_v^2$

${\mathrm{\λ}}_D=\mathrm{\α}({\mathrm{\λ}}_L+{\mathrm{\λ}}_H),{\mathrm{\λ}}_L/{\mathrm{\λ}}_L+{\mathrm{\λ}}_H\≤\mathrm{\α}\≤{\mathrm{\λ}}_H/{\mathrm{\λ}}_L+{\mathrm{\λ}}_H$

式中，N_T为预设的采样点数，

为预估的高斯白噪声方差，P_f为预设的虚警概率，Q^-1为Q函数的反函数，α为预设的分割因子。

在本发明优选实施中，预设的采样点数N_T介于256～512之间，预设频域采样点数N介于1024～2048之间，预设的虚警概率P_f介于0.01～0.1之间，预设的分割因子α介于0.4655～0.5345之间。

B.利用时域能量检测法对待测信号进行初次检测；即先对对待测信号进行时域能量检测，计算待测信号的时域能量值；将计算所得的时域能量值与确定的高门限和低门限进行比较，若计算所得的时域能量值大于等于高门限λ_H，则判为H₁，即主用户信号存在；若计算所得的时域能量值小于等于低门限λ_L，则判为H₀，即主用户信号不存在；若计算所得的时域能量值处于高门限λ_L与低门限λ_H之间，则表明时域能量检测法无法确定主用户信号是否存在，则需用频域能量检测来进一步确定。

C．利用频域能量检测法对无法确定主用户信号是否存在的待测信号进行进一步的检测；即对于落在高门限λ_L与分割门限λ_D之间的待测信号，进行N点的快速傅里叶变换的频域能量检测，计算待测信号的频域能量值；对于落在分割门限λ_D与低门限λ_L与之间的待测信号，进行

点的快速傅里叶变换的频域能量检测，计算待测信号的频域能量值；将计算所得的频域能量值与预设的频域检测门限进行比较，若大于等于频域检测门限，则判为H₁，主用户信号存在；反之判为H₀，主用户信号不存在。

在步骤C中，预设的频域检测门限为λ_N和λ_N/2，且λ_N＞λ_N/2；将进行N点的快速傅里叶变换所得的频域能量值与λ_N进行比较，以判定主用户信号是否存在；将进行点的快速傅里叶变换所得的频域能量值与λ_N/2进行比较，以判定主用户信号是否存在。在本发明优选实施例中，SNR在-10db～0db范围内时，预设的频域检测门限λ_N介于27321～273217之间，预设的频域检测门限λ_N/2介于13661～136608之间。λ_N和λ_N/2之间的取值，可以无相关性，只要满足λ_N＞λ_N/2即可，但在本发明优选实施例中，预设的频域检测门限λ_N恰好为预设的频域检测门限λ_N/2的2倍，这样只要设定其中一个预设的频域检测门限，另一个预设的频域检测门限便已知。

能够是实现上述方法的一种联合时域双门限和频域变点数的能量检测装置，主要由AD转换模块、时域能量检测模块、频域变点数能量检测模块、能量范围判断模块、第一门限判决模块、第二门限判决模块和与门模块组成。其中AD转换模块的输入端输入射频信号。AD转换模块的输出端分为2路，一路与时域能量检测模块的输入端相连，一路与频域变点数能量检测模块的输入端相连。时域能量检测模块的输出端连接能量范围判断模块的输入端，能量范围判断模块的输出端分为2路，一路直接经第一门限判决模块后与与门模块的一个输入端相连，另一路经频域变点数能量检测模块及第二门限判决模块后与与门模块的另一个输入端相连，与门模块的输出端输出检测信号。参见图1。

所述时域能量检测模块包括第一平方运算器和累加计算器。其中第一平方运算器的输入端与AD转换模块的输出端相连，第一平方运算器的输出端与累加计算器的输入端相连，累加计算器的输出端经能量范围判断模块连接第一门限判决模块的输入端。参见图3。

所述频域变点数能量检测模块包括快速傅里叶变换点数选择器、快速傅里叶变换器、第二平方运算器和综合计算器。其中快速傅里叶变换点数选择器的输入端连接AD转换模块，快速傅里叶变换点数选择器的输出端依次经由快速傅里叶变换器、第二平方运算器与综合计算器的输入端相连，综合计算器的输出端连接第二门限判决模块的输入端。参见图4。

本实施例的时域双门限与频域变点数的能量检测方法流程如图5所示，图中

表示在主用户存在的条件下，时域检测以λ_L为门限判决主用户信号是否存在的概率。为判断主用户不存在的概率；时域检测到主用户的情况下再进行频域检测，若时域能量统计值Y处于λ_L，λ_D之间，则进行N点FFT变换的频域检测，图中

表示主用户存在的条件下，频域检测以λ_N为门限判决主用户信号是否存在的概率，

为判断主用户信号不存在的概率；若时域能量统计值Y处于λ_D，λ_H之间，则进行

点FFT变换的频域检测，图中

表示主用户存在的条件下，频域检测以λ_N/2为门限判决主用户信号是否存在的概率，为判断主用户信号不存在的概率；若时域能量统计值Y大于λ_H，则不再进行频域检测，直接以

的概率判断主用户存在。

根据图5表示的流程，可以得到时域双门限与频域变点数能量检测***的整体检测概率如下：

$P_{\mathrm{rd}}=\left\{\begin{array}{c}{P}_d^T{P}_d^{F1};{\mathrm{\λ}}_L\≤Y\≤{\mathrm{\λ}}_D\\ P_d^T{P}_d^{F2};{\mathrm{\λ}}_D\≤Y\≤{\mathrm{\λ}}_H\\ P_d^T;Y\≥{\mathrm{\λ}}_H\end{array}\right.$

在高斯白噪声服从v(n)

分布，采集的射频信号服从s(n)

分布时可得

$P_{\mathrm{rd}}=\left\{\begin{array}{c}Q\left(\frac{{\mathrm{\λ}}_L-N_T({\mathrm{\δ}}_v^2+{\mathrm{\δ}}_s^2)}{\sqrt{{2N}_T{({\mathrm{\δ}}_v^2+{\mathrm{\δ}}_s^2)}^2}}\right)Q\left(\frac{{\mathrm{\λ}}_N-u_1}{{\mathrm{\δ}}_1}\right);{\mathrm{\λ}}_L\≤Y\≤{\mathrm{\λ}}_D\\ Q\left(\frac{{\mathrm{\λ}}_L-N_T({\mathrm{\δ}}_v^2+{\mathrm{\δ}}_s^2)}{\sqrt{{2N}_T{({\mathrm{\δ}}_v^2+{\mathrm{\δ}}_s^2)}^2}}\right)Q\left(\frac{{\mathrm{\λ}}_{N/2}-u_2}{{\mathrm{\δ}}_2}\right);{\mathrm{\λ}}_D\≤Y\≤{\mathrm{\λ}}_H\\ Q\left(\frac{{\mathrm{\λ}}_L-N_T({\mathrm{\δ}}_v^2+{\mathrm{\δ}}_s^2)}{\sqrt{{2N}_T{({\mathrm{\δ}}_v^2+{\mathrm{\δ}}_s^2)}^2}}\right);Y\≥{\mathrm{\λ}}_H\end{array}\right.$

由图6的仿真结果，可以看出在SNR较低的时候，时域能量值Y小于低门限，此时判决主用户不存在，当Y曲线与低门限曲线相交时对应的门限值为检测***中的λ_L；当时域能量值Y处于高低门限之间时，进行频域检测，从图中可知，在进行N点FFT变换的频域检测到主用户存在时所对应的SNR比进行

点FFT变换的频域检测到主用户所对应的SNR低，并且将

点FFT变换的频域能量曲线与相应的门限曲线相交的点所对应的门限设定为检测***中的λ_D，但是频域检测到主用户所对应的SNR均比高门限λ_H所对应的SNR低。图6从仿真上论证了门限的选取以及随着SNR的增大，通过设置λ_D，在确保正确的检测概率情况下，节省了检测时耗。

根据***工作流程，时域检测模块一直处于工作状态，只有当时域检测统计量Y处于λ_L，λ_H之间才启动频域检测，所以此检测***的时耗与频域检测模块的使用概率成正比。根据仿真，可以得到时域检测时耗T_t与频域检测时耗T_f之间的关系，若时域采样点数为N_T，频域进行N_T点的FFT变换，则T_f=2T_t；若频域进行

点FFT变换，则检测时耗

由于时域检测与频域检测不是同时进行的，但是A/D采集射频信号模块可以同时工作，所以当Y处于λ_L，λ_H之间时，时域与频域联合检测的时耗T_tf，将大于频域单独检测的时耗T_f，小于T_t与T_f之和，即：T_f<T_tf<T_t+T_f。

图7仿真结果可以看出，联合时域双门限与频域变点数能量检测***的整体时耗T_tf，在Y处于λ_L，λ_H两端时，整体时耗T_tf等于时域检测时耗T_t，即：T_tf=T_t；若λ_L≤Y≤λ_D时，整体时耗T_f2<T_tf<T_t+T_f2；若λ_D≤Y≤λ_H时，整体时耗T_f1<T_tf<T_t+T_f1。

Claims (8)

1.联合时域双门限和频域变点数的能量检测方法，其特征是包括如下步骤：

A.确定高门限λ_H、低门限λ_L、以及时域双门限与频域变点数的分割门限λ_D，其中

${\mathrm{\&lambda;}}_H=N_T{\mathrm{\&delta;}}_v^2+Q^{-1}\left(P_f\right)\sqrt{{2N}_T{\left({\mathrm{\&delta;}}_v^2\right)}^2}$

${\mathrm{\&lambda;}}_L=N_T{\mathrm{\&delta;}}_v^2$

${\mathrm{\&lambda;}}_D=\mathrm{\&alpha;}({\mathrm{\&lambda;}}_L+{\mathrm{\&lambda;}}_H),{\mathrm{\&lambda;}}_L/{\mathrm{\&lambda;}}_L+{\mathrm{\&lambda;}}_H\&le;\mathrm{\&alpha;}\&le;{\mathrm{\&lambda;}}_H/{\mathrm{\&lambda;}}_L+{\mathrm{\&lambda;}}_H$

式中，N_T为预设的采样点数，

为预估的高斯白噪声方差，P_f为预设的虚警概率，Q^-1为Q函数的反函数，α为预设的分割因子；

B.利用时域能量检测法对待测信号进行初次检测；即先对对待测信号进行时域能量检测，计算待测信号的时域能量值；将计算所得的时域能量值与确定的高门限和低门限进行比较，若计算所得的时域能量值大于等于高门限λ_H，则判为H₁，即主用户信号存在；若计算所得的时域能量值小于等于低门限λ_L，则判为H₀，即主用户信号不存在；若计算所得的时域能量值处于高门限λ_L与低门限λ_H之间，则表明时域能量检测法无法确定主用户信号是否存在，则需用频域能量检测来进一步确定；

C．利用频域能量检测法对无法确定主用户信号是否存在的待测信号进行进一步的检测；即对于落在高门限λ_L与分割门限λ_D之间的待测信号，进行N点的快速傅里叶变换的频域能量检测，计算待测信号的频域能量值；对于落在分割门限λ_D与低门限λ_L与之间的待测信号，进行

点的快速傅里叶变换的频域能量检测，计算待测信号的频域能量值；将计算所得的频域能量值与预设的频域检测门限进行比较，若大于等于频域检测门限，则判为H₁，主用户信号存在；反之判为H₀，主用户信号不存在。

2.根据权利要求1所述联合时域双门限和频域变点数的能量检测方法，其特征是，在步骤C中，预设的频域检测门限为λ_N和λ_N/2，且λ_N＞λ_N/2；将进行N点的快速傅里叶变换所得的频域能量值与λ_N进行比较，以判定主用户信号是否存在；将进行

点的快速傅里叶变换所得的频域能量值与λ_N/2进行比较，以判定主用户信号是否存在。

3.根据权利要求2所述联合时域双门限和频域变点数的能量检测方法，其特征是，在步骤C中，预设的频域检测门限λ_N为预设的频域检测门限λ_N/2的2倍。

4.根据权利要求2或3所述联合时域双门限和频域变点数的能量检测方法，其特征是，在步骤C中，当SNR在-10db～0db范围内时，预设的频域检测门限λ_N介于27321～273217之间，预设的频域检测门限λ_N/2介于13661～136608之间。

5.根据权利要求1所述联合时域双门限和频域变点数的能量检测方法，其特征是，在步骤A中，预设的采样点数N_T介于256～512之间，预设的虚警概率P_f介于0.01～0.1之间，预设的分割因子α介于0.4655～0.5345之间。

6.基于权利要求1所述联合时域双门限和频域变点数的能量检测方法的联合时域双门限和频域变点数的能量检测装置，其特征在于，主要由AD转换模块、时域能量检测模块、频域变点数能量检测模块、能量范围判断模块、第一门限判决模块、第二门限判决模块和与门模块组成；其中AD转换模块的输入端输入射频信号；AD转换模块的输出端分为2路，一路与时域能量检测模块的输入端相连，一路与频域变点数能量检测模块的输入端相连；时域能量检测模块的输出端连接能量范围判断模块的输入端，能量范围判断模块的输出端分为2路，一路直接经第一门限判决模块后与与门模块的一个输入端相连，另一路经频域变点数能量检测模块及第二门限判决模块后与与门模块的另一个输入端相连，与门模块的输出端输出检测信号。

7.根据权利要求6所述的联合时域双门限和频域变点数的能量检测装置，其特征在于，所述时域能量检测模块包括第一平方运算器和累加计算器；其中第一平方运算器的输入端与AD转换模块的输出端相连，第一平方运算器的输出端与累加计算器的输入端相连，累加计算器的输出端经能量范围判断模块连接第一门限判决模块的输入端。

8.根据权利要求6所述的联合时域双门限和频域变点数的能量检测装置，其特征在于，所述频域变点数能量检测模块包括快速傅里叶变换点数选择器、快速傅里叶变换器、第二平方运算器和综合计算器；其中快速傅里叶变换点数选择器的输入端连接AD转换模块，快速傅里叶变换点数选择器的输出端依次经由快速傅里叶变换器、第二平方运算器与综合计算器的输入端相连，综合计算器的输出端连接第二门限判决模块的输入端。

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