一種基于二項分布的快速頻譜感知方法和裝置的制造方法
【專利說明】一種基于二項分布的快速頻譜感知方法和裝置 【技術領域】
[0001] 本發明涉及認知無線電領域中的頻譜感知技術領域，具體涉及一種基于二項分布 的快速頻譜感知方法和裝置。 【【背景技術】】
[0002] 認知無線電（CR)技術是一種動態頻譜管理技術，旨在解決當前日益嚴重的頻譜 資源匱乏、頻譜利用率不高的問題。其核心思想是允許次用戶（SU)在主用戶（PU)不使用 授權頻段時動態接入該頻段，而當主用戶重新使用授權頻段時次用戶能夠及時撤出，以免 干擾主用戶通信。可見，認知無線電的前提條件和首要任務是頻譜感知，即次用戶可以快速 并準確感知頻段內是否存在主用戶信號以實現頻譜動態接入和撤出。
[0003] 經典的頻譜感知方法主要有循環平穩特征檢測方法、匹配濾波檢測方法、能量檢 測方法和基于協方差矩陣特征結構的感知方法等，循環平穩特征檢測方法復雜度高，而匹 配濾波檢測方法必須預知主用戶的先驗知識（如信號波形、調制方式等）且對于同步的要 求也比較高，實際應用有較大限制，能量檢測（ED)方法由HarryUrkowitz于1967年在文 獻《Energydetectionofunknowndeterministicsignals》（《確定性信號的能量檢測 方法》）中提出，該方法不需要得知主用戶的任何先驗信息，且硬件實現簡單，只需要少量采 樣點便可獲得較佳的感知性能，但它需要預知噪聲方差，且對噪聲不確定度敏感，噪聲不確 定度往往會造成算法性能的急劇下降，基于協方差矩陣特征結構的感知方法克服了這一問 題，該類方法利用信號之間的相關性進行檢測，主要有基于最大最小特征值之比的方法和 基于特征模板匹配的方法等，其檢測性能優于能量檢測，不需要預知任何先驗知識，且不受 噪聲不確定度影響，但其缺點是需要較多采樣點，且運算復雜度較高，不適用實時檢測；最 近，沈雷等人于2012年在文獻《認知無線電中基于擬合優度的頻譜盲檢測算法研究》中提 出一種基于特征函數的頻譜盲檢測（CAD)方法，該算法檢測性能較好，不需要知道噪聲方 差且不受噪聲不確定度影響，但缺點是檢測方法的運算量大（檢驗統計量的運算量大）。 【
【發明內容】
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[0004] 本發明的目的是提供一種快速頻譜感知方法和裝置，使感知過程簡單易實現，并 有較好的感知性能，且感知結果不受噪聲不確定度影響。
[0005] 為了實現上述目的，本發明采用的具體方案是：一種基于二項分布的快速頻譜感 知裝置，包括采樣器、數值計算器和判決器，其中采樣器用于對解調信號進行采樣，并將采 樣點數值傳輸給數值計算器，數值計算器用于對采樣點數值進行計算，并將計算結果傳輸 給判決器，判決器用于接收數值計算器的計算結果并進行判決。
[0006] 進一步的，所述數值計算器包括比較器和加法器，所述比較器用于比較采樣點數 值是否大于〇,并將比較結果傳輸給加法器，所述加法器用于統計采樣點數值大于〇的采樣 點個數，并將統計結果傳輸給判決器。
[0007] -種基于二項分布的快速頻譜感知方法包括以下步驟：
[0008] 1)通過采樣器對接收信號x(t)進行采樣，得到采樣點數值x(n)，并將采樣點數值 x(n)傳輸給比較器；
[0009] 2)通過比較器對采樣點數值x(n)進行比較，比較采樣點數值是否大于0,并將比 較結果傳輸給加法器，加法器統計采樣點數值x(n)大于0的采樣點個數T，并將采樣點個數 T其作為檢驗統計量：
[0010]
[0011] 上式中：x(n)為第n時刻接收信號的采樣點數值，u(x)為階躍函數，N為采樣個 數，T為采樣點數值x(n)大于0的采樣點個數；
[0012] 3)通過設定的虛警概率Pf計算判決門限y郴y2;
[0013] 4)判決器根據上述門限進行判決，判斷主用戶是否存在。
[0014] 所述步驟3)中的門限確定方法為yFYl-Pf)，y2=F YPf);
[0015] 上式中：yJPy2為判決門限，Pf為虛警概率，且0彡Pf彡1，F(t)表示參數為 (N，0. 5)的二項分布的累積分布函數。
[0016] 所述步驟4)中的判決準則為：當T多丫iST彡Y2時，則判決主用戶存在，頻譜 占用；否則判決主用戶不存在，頻譜空閑。
[0017] 太發昍熄頗遒咸如間題表述為如下二元假設檢驗問題：
[0018]
[0019] 其中，x表示次用戶接收信號，s表示主用戶發送信號，w表示均值為〇、方差為g 的加性高斯白噪聲，H。表示主用戶不存在，Hi表示主用戶存在。
[0020] 更進一步，根據接收信號采樣值的分布情況判斷信號x中是否存在主用戶信號的 具體步驟如下：
[0021] 1)采樣器對接收信號x(t)進行采樣，得到采樣點數值x(n)(n= 1，2,…，N)，其 中，x(n)表示第n時刻接收到信號的采樣點數值；
[0022] 2)通過數值計數器中的比較器判斷采樣點數值是否大于0,通過加法器統計采樣 點數值x(n)大于0的采樣點個數T，并以采樣點個數T作為檢驗統計量：
[0023]
[0024] 其中，T為采樣點數值x(n)大于0的采樣點個數，N為采樣數，u(x)為階躍函數， x(n)為第n時刻接收到信號的采樣點數值；
[0025] 3)由于H。時T服從參數為（N，0.5)的二項分布，采樣信號為解調后的碼元，其數 值有正和負兩種情況，分別針對上述兩種情況，結合給定的虛警概率Pf計算兩個判決門限 丫丄和丫 2:
[0026] Tl= F '(l-Pf)
[0027] y2= F '(Pj)
[0028] 其中，yJPY2為判決門限，F(t)表示參數為（N，0. 5)的二項分布的累積分布函 數，Pf為虛警概率，且〇彡Pf< 1 ;
[0029] 4)判決器根據如下準則進行判決：若T彡y:或T彡Y2，則判決主用戶存在，頻譜 占用；否則判決主用戶不存在，頻譜空閑。
[0030] 與現有技術相比，本發明至少具有以下有益效果：
[0031] (1)相比于能量檢測方法，本發明方法的感知性能有很大提高，在運算量方面，雖 然本發明方法的加法次數比能量檢測方法多，但本發明方法的乘法次數比能量檢測方法 少，而實際應用中運算量的負荷主要來源于乘法運算，即乘法運算比加法運算復雜，因此本 發明方法的運算量低于能量檢測方法的運算量；相比于基于特征函數的頻譜盲檢測方法， 在運算量方面，不管是加法運算量還是乘法運算量，本發明方法的運算量都低于基于特征 函數頻譜盲檢測（CAD)方法的運算量。
[0032]