CN106788821B - 认知无线电中双通道非参数化能量频谱感知方法 - Google Patents

认知无线电中双通道非参数化能量频谱感知方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106788821B
CN106788821B CN201710057130.2A CN201710057130A CN106788821B CN 106788821 B CN106788821 B CN 106788821B CN 201710057130 A CN201710057130 A CN 201710057130A CN 106788821 B CN106788821 B CN 106788821B
Authority
CN
China
Prior art keywords
channel
judgment
frequency band
blank
samples
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710057130.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106788821A (zh
Inventor
王俊
林瑞全
黄宴伟
黄继伟
游臻华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuzhou University
Original Assignee
Fuzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuzhou University filed Critical Fuzhou University
Priority to CN201710057130.2A priority Critical patent/CN106788821B/zh
Publication of CN106788821A publication Critical patent/CN106788821A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106788821B publication Critical patent/CN106788821B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/382—Monitoring; Testing of propagation channels for resource allocation, admission control or handover

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Transmission In General (AREA)

Abstract

本发明涉及一种认知无线电中双通道非参数化能量频谱感知方法，包括以下步骤：步骤一、每个认知用户都要从两个通道即待测信道和一个空白信道接收信号，这个空白信道可以是保护频带也可以是***内预留的某些子频带；步骤二、根据从两个通道接收到的信号，构建判决统计量；步骤三、根据给定的虚警概率，构建判决门限；步骤四、将判决统计量和判决门限进行对比，如果判决统计量大于等于判决门限，则判断授权用户信号出现，否则判断其为不出现。本发明解决了在噪声不确定的情况下，如何使用能量检测技术并充分利用搜集到的信号，从而进行高准确度判决的问题。

Description

认知无线电中双通道非参数化能量频谱感知方法
技术领域
本发明涉及一种认知无线电中双通道非参数化能量频谱感知方法。
背景技术
1.频谱感知
随着近几十年来无线通信技术的应用以及业务的快速发展，人们对无线频谱资源的需求也变得越来越巨大。但是众所周知无线电频谱资源是一种有限的、不可再生的自然资源，并且一般是被政府机构所统一管理、分配，而且这种频谱管理策略是一种呆板、静态的管理机制。在当前这种机制下，每个特定的无线电频段都被分配给一个专有的无线业务，而其他未被授权的用户则不能使用已经被授权的无线电频段。这种静态的管理机制造成了一个严重的问题：在某些时刻、某些地方，一些无线电频段都处于未被授权用户使用的空闲状态，而在另一些时间或地点，人们对某些无线电频段的使用竞争却十分激烈。虽然人们不断尝试改进各种编码调制方式，不断尝试开发各种新的无线接入技术，不过却已经很难在不增加额外传输带宽的前提下提高传输速率，因此对于改革当前频谱管理策略的要求就变得热切了起来。
认知无线电，就是一种动态频谱管理技术，它是对软件无线电技术的一种扩展。在认知无线电***当中，用户被分成授权用户和认知用户。授权用户作为当前频段的被授权者，拥有该频段的占有权，而认知用户只能在授权用户不使用该频段的时候，才能占用授权频段，而一旦授权用户重新接入，就需要及时退出授权频段。通过这种动态频谱的接入方式，达到提高频谱效率同时又不干扰授权用户的目的。
由此可见，频谱感知是认知无线电的核心技术，所谓频谱感知，就是利用无线信号处理技术对当前无线频谱环境进行检测，检测到当前未被使用的授权用户频段从而进行接入，然后在认知用户使用该频段的过程中，又能自动检测到授权用户是否准备再次接入，从而迅速退出将频段交还给授权用户。频谱感知作为实现认知无线电的前提和先决条件，对其的研究无疑具有非常重要的意义。
2.能量检测和噪声不确定
对于频谱感知，使用的最多的检测方法是能量检测，即将收集到的信号能量与噪声能量进行对比，从而判断是否有授权信号。从理论上来看，能量检测的检测效果是非常不错的，并且设备复杂度、成本造价也不高，是一种理想的检测方式。但是实际上，由于噪声能量一般都是被估计出来的而无法被确知，这样能量检测器的实际检测性能就会受到比较大的影响。这样的情况被称之为噪声不确定。对于噪声不确定，在情况严重的时候，甚至会导致能量检测器的完全失效。因此，如何克服能量检测器的噪声不确定，就成为越来越多的认知无线电科研工作者努力的目标之一。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种认知无线电中双通道非参数化能量频谱感知方法，解决了在噪声不确定的情况下，如何使用能量检测技术并充分利用搜集到的信号，从而进行高准确度判决的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种认知无线电中双通道非参数化能量频谱感知方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：分别从待测信道和空白信道接收信号，并分别从所述待测信道和空白信道获取若干样本；
步骤S2：根据获取的样本构建判决统计量；
步骤S3：根据给定的虚警概率和样本的数量构建判决门限；
步骤S4：将所述判决统计量和判决门限进行对比，如果判决统计量大于等于判决门限，则判断授权用户信号出现，否则判断判断授权用户信号不出现。
进一步的，所述步骤S1的具体内容为：假设x(t)是从待测频带上获取的信号，从待测频带上获取T个样本；y(t)是从空白频带上获取的信号，从空白频带上获取Ts个样本。
进一步的，所述步骤S2的构建方法为：
Figure BDA0001216937710000031
其中，Δ为判决统计量，x(t)为从待测频带上获取的信号，y(t)为从空白频带上获取的信号，T为从待测频带上获取的样本的数量，Ts为从空白频带上获取的样本的数量。
进一步的，所述步骤S3的构建方法为：
Figure BDA0001216937710000032
其中，γ为判决门限，PFA为给定的虚警概率。
进一步的，当从待测频带上获取的样本的数量T小于100，从空白频带上获取的样本的数量Ts小于100时：
Figure BDA0001216937710000041
当从待测频带上获取的样本的数量T大于等于100，从空白频带上获取的样本的数量Ts大于等于100时：
Figure BDA0001216937710000042
其中，snr为授权用户信号的信噪比。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明解决了在噪声不确定的情况下，如何使用能量检测技术并充分利用搜集到的信号，从而进行高准确度判决的问题；同时，本发明根据样本数量的不同，提出了不同的检测概率计算方法，提高了可靠性。
附图说明
图1是本发明的认知用户接收前端原理结构框图。
图2是本发明在不同噪声不确定情况下与传统能量监测器的ROC(接收机特性)性能曲线对比图。
图3是本发明在不同噪声确定情况下与传统能量监测器的信噪比性能曲线对比图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
本发明提供一种认知无线电中双通道非参数化能量频谱感知方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：请参照图1，构建一个具备双通道的认知无线电用户接收前端，每个用户分别从两个通道即待测信道和空白信道接收信号，然后分别从所述待测信道和空白信道获取若干样本；具体内容为：假设x(t)是从待测频带上获取的信号，从待测频带上获取T个样本；y(t)是从空白频带上获取的信号，从空白频带上获取Ts个样本。空白信道可以是保护频带也可以是***内预留的某些子频带。
步骤S2：根据获取的样本包括T个x(t)样本和Ts个y(t)样本的基础上构建判决统计量；具体构建方法为：
Figure BDA0001216937710000051
其中，Δ为判决统计量，x(t)为从待测频带上获取的信号，y(t)为从空白频带上获取的信号，T为从待测频带上获取的样本的数量，Ts为从空白频带上获取的样本的数量。
步骤S3：根据给定的虚警概率和样本的数量构建判决门限；具体构建方法为：
Figure BDA0001216937710000052
其中，γ为判决门限，PFA为给定的虚警概率；由于这个门限中的值都是已知的，因此本方法是非参数化的。
步骤S4：将所述判决统计量和判决门限进行对比，如果判决统计量大于等于判决门限，则判断授权用户信号出现，否则判断判断授权用户信号不出现。
对于检测概率Pd，如果信噪比snr已知，则：
当从待测频带上获取的样本的数量T小于100，从空白频带上获取的样本的数量Ts小于100时：
Figure BDA0001216937710000061
当从待测频带上获取的样本的数量T大于等于100，从空白频带上获取的样本的数量Ts大于等于100时：
Figure BDA0001216937710000062
其中，snr为授权用户信号的信噪比。
通过以下仿真以进一步说明本方法的可行性和有效性。
假设T＝200,Ts＝200,授权用户信号的信噪比snr＝-12dB，根据图2，传统能量检测器在无噪声不确定的时候是最佳的，不过当噪声不确定存在时，本发明方法所设计的双通道非参数化能量检测器就比传统能量检测器优越。双通道非参数化能量检测器的虚警概率曲线也与理论值相吻合，这也证实了本发明方法在理论上的正确性。
图3给出了本发明方法所设计的双通道非参数化能量检测器与不同噪声不确定度下传统能量检测器的ROC曲线比较图。假设T＝200,Ts＝200,PFA＝0.01。根据图3，在低信噪比时，双通道非参数化能量检测器比0.5dB以及1.0dB噪声不确定下的传统能量检测器好2-4dB；在高信噪比时，双通道非参数化能量检测器然比1.0dB噪声不确定下的能量检测器的性能好1-2dB，这样也证实了本发明方法的有效性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种认知无线电中双通道非参数化能量频谱感知方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：分别从待测信道和空白信道接收信号，并分别从所述待测信道和空白信道获取若干样本；
步骤S2：根据获取的样本构建判决统计量；
步骤S3：根据给定的虚警概率和样本的数量构建判决门限；
步骤S4：将所述判决统计量和判决门限进行对比，如果判决统计量大于等于判决门限，则判断授权用户信号出现，否则判断授权用户信号不出现；
所述步骤S1的具体内容为：假设x(t)是从待测频带上获取的信号，从待测频带上获取T个样本；y(t)是从空白频带上获取的信号，从空白频带上获取Ts个样本；
所述步骤S2的构建方法为：
Figure FDA0002294730400000011
其中，Δ为判决统计量，x(t)为从待测频带上获取的信号，y(t)为从空白频带上获取的信号，T为从待测频带上获取的样本的数量，Ts为从空白频带上获取的样本的数量；
所述步骤S3的构建方法为：
Figure FDA0002294730400000012
其中，γ为判决门限，PFA为给定的虚警概率。
2.根据权利要求1所述的认知无线电中双通道非参数化能量频谱感知方法，其特征在于：当从待测频带上获取的样本的数量T小于100，从空白频带上获取的样本的数量Ts小于100时：
Figure FDA0002294730400000021
其中Pd为检测概率；当从待测频带上获取的样本的数量T大于等于100，从空白频带上获取的样本的数量Ts大于等于100时：
Figure FDA0002294730400000022
其中，snr为授权用户信号的信噪比。
CN201710057130.2A 2017-01-23 2017-01-23 认知无线电中双通道非参数化能量频谱感知方法 Active CN106788821B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710057130.2A CN106788821B (zh) 2017-01-23 2017-01-23 认知无线电中双通道非参数化能量频谱感知方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710057130.2A CN106788821B (zh) 2017-01-23 2017-01-23 认知无线电中双通道非参数化能量频谱感知方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106788821A CN106788821A (zh) 2017-05-31
CN106788821B true CN106788821B (zh) 2020-03-10

Family

ID=58942836

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710057130.2A Active CN106788821B (zh) 2017-01-23 2017-01-23 认知无线电中双通道非参数化能量频谱感知方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106788821B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102594536A (zh) * 2012-02-09 2012-07-18 南京大学 一种快速识别认知网络信道状态的***及其识别方法
CN104767578A (zh) * 2015-03-23 2015-07-08 南京邮电大学 基于自适应检测长度的双门限能量感知方法和***
CN105813089A (zh) * 2016-05-05 2016-07-27 宁波大学 一种对抗噪声不确定性的匹配滤波频谱感知方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI561103B (en) * 2012-08-30 2016-12-01 Univ Nat Tsing Hua Active sensing method based on spectral correlation for cognitive radio systems

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102594536A (zh) * 2012-02-09 2012-07-18 南京大学 一种快速识别认知网络信道状态的***及其识别方法
CN104767578A (zh) * 2015-03-23 2015-07-08 南京邮电大学 基于自适应检测长度的双门限能量感知方法和***
CN105813089A (zh) * 2016-05-05 2016-07-27 宁波大学 一种对抗噪声不确定性的匹配滤波频谱感知方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106788821A (zh) 2017-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mate et al. Spectrum sensing based on time covariance matrix using GNU radio and USRP for cognitive radio
CN101521896B (zh) 认知无线电中的基于似然比的协同频谱感知方法
CN102013928B (zh) 一种认知无线电***中的快速频谱感知方法
CN102324959B (zh) 一种基于多天线***协方差矩阵的频谱感知方法
CN106549722B (zh) 一种基于历史感知信息的双门限能量检测方法
CN103220052A (zh) 一种认知无线电中检测频谱空洞的方法
CN104469784A (zh) 一种异构网络中频谱感知数据的处理方法及装置
US20140064114A1 (en) Active sensing method based on spectral correlation for cognitive radio systems
CN101615926B (zh) 认知无线电中的异步协同频谱感知方法
CN103338082A (zh) 一种基于“k秩”准则的双门限协作频谱感知方法
CN103338458A (zh) 一种用于认知无线电***的协作频谱感知方法
CN103973383B (zh) 基于Cholesky分解与特征值的协作频谱检测方法
CN103118394A (zh) 一种适用于宽带***的多天线频谱感知方法及装置
CN101729164B (zh) 无线资源分配方法和认知无线电用户设备
CN109194417A (zh) 一种协方差矩阵频谱感知方法
KR20110094983A (ko) 무선 인지 시스템에서 마코프 모델을 이용한 가중치 할당 협력 스펙트럼 센싱 방법
CN103780318A (zh) 一种动态双门限协作频谱感知方法
CN102006609A (zh) 一种自适应序贯的协同频谱检测方法
Liu et al. An adaptive double thresholds scheme for spectrum sensing in cognitive radio networks
CN106788821B (zh) 认知无线电中双通道非参数化能量频谱感知方法
CN109600181B (zh) 一种用于多天线的频谱感知方法
CN103973381B (zh) 基于Cholesky矩阵分解的协作频谱检测方法
CN105429913B (zh) 基于特征值的多电平检测与识别方法
CN104320209B (zh) 一种基于拟合优度检验的频谱感知方法
CN112073138B (zh) 一种基于量化的双门限协作频谱感知方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant