专利名称：基于分段能量处理的截尾型序贯检验方法
技术领域：
本发明属于无线通信技术 领域，涉及认知无线电技术，是一种频谱感知方法，适合 用于高复杂性、低信噪比和高动态特性的无线通信信道。
背景技术：
随着无线和移动通信的迅速发展，日益增长的对无线频谱的需求和有限的频谱资 源之间的矛盾已经成为当前无线通信行业的突出矛盾。尽管如此，美国联盟通信委员会FCC 的频谱策略任务工作报告显示大多数频谱在大多数时候都是空闲的，0 3GHz频段的频谱 利用率为30 %，而3 4GHz和4 5GHz的频谱利用率仅为0. 5 %和0. 3 %。为了改善频谱 利用率低下的现状，J. Mitola等人提出了认知无线电的概念。其主要思想是允许非授权用 户能够感知、识别甚至接入当前空闲的专用频段，从而大幅提高频谱利用率。为了达到充分 利用频谱并且尽量保护授权用户的目的，非授权用户必须准确地感知其周围的频谱占用情 况，以尽量减小对授权用户正常通信的干扰。由于电波传输过程中的多径衰落和大量存在 的噪声干扰都会影响了授权用户的频谱感知性能，因此复杂恶劣电磁环境下的频谱感知研 究受到国内外学者的广泛关注。现有的频谱感知算法主要有能量检测法、匹配滤波法和循环特征谱检测法等。 尽管匹配滤波法的检测性能比较好，但由于要依赖先验信息，难以应用到诸如短波通信系 统这种干扰信号多、调制方式多样的系统中，而且计算复杂度高，严重制约了它们的实际应 用；循环特征谱法不需要提供先验信息，但由于计算复杂度比较高，直接限制了频谱感知速 度和检测效率；能量检测法因其不依赖先验信息、计算复杂低和检测速度快等优点而倍受 青睐。然而，能量检测法在复杂恶劣电磁环境下特别是低信噪比条件下的检测性能比较差， 频谱感知时间较长。为了降低所需采样点数和缩短感知时间，近年来一些基于序贯似然比 检验SPRT的检测算法被提出并应用到认知无线电中。序贯似然比检验是A. Wald在1947年 提出的，最初是用于第二次世界大战期间美国军火生产中的质量检验工作，为了保证在一 定时间内有足够证据停止检验并作出判决，A. Wald又设计了截尾型的序贯检验方法SPRT。 由于SPRT是最优的检验法，且所需平均样本容量ASN最小，至今已经广泛应用于各个领域， 如产品的质量检验、模型变点检测、辐射监控等等。如
图1所示假设在一个窄带认知无线电系统中存在一个主要用户，它允许感知 用户在频谱空闲情况下使用该频段，从而提高频谱利用率。因此，即使在存在大量干扰信号 和阴影效应情况下，感知用户必须能够实时、准确地检测主要用户信号的存在与否，才能避 免对主要用户造成有害干扰。感知方法的研究可以看作是二元假设检验问题H0 Xi = WilSiH1 Xi = Sjwi(I)式中，Hc^PH1分别代表主要用户信号不存在和存在的情况，Si和Wi分别表示 接收到的主要信号序列和干扰噪声序列，1 < i < N，N为序列长度。为便于频谱感知的 技术研究和性能分析，通常假设1)、噪声Wi是均值为0，方差为的复高斯随机序列，即 W1- CN(0, σΙ),2)、接收信号Si的平均功率为P，且信号Si和噪声Wi相互独立；3)、感知用户通过测量能够得到本地干扰噪声方差和接收信号平均功率P。根据二元假设检验模型和能量检测算法原理，将检测统计量T(X)与判决门限Y 进行比较
权利要求
1. 一种基于分段能量处理的截尾型序贯检验方法，包括如下步骤(1)对接收信号X进行采样，得到采样后的接收信号序列Xi，i= 1,2,…，N，N为接收 信号序列Xi的总长度；(2)确定最佳分段间隔N1，将接收信号序列Xi平均分成总段数为队的分段序列，即N2=N/X，计算各分段序列的能量
2.根据权利要求1所述的基于分段能量处理的截尾型序贯检验方法，其特征在于步骤 (2)所述的确定最佳分段间隔N1，按如下步骤进行(2a)根据中心极限定理，选取初始分段间隔Ntl > 10 ；(2b)根据初始分段间隔Ntl，将总长度为N的接收信号序列Xi平均分成总段数为N2'的 分段序列，即有N = NtlN2'；(2c)在初始分段间隔Ntl > 10的前提下，调整Ntl的大小，使得N2'最大，此时Nq的取值 即为最佳的分段间隔K。
3.根据权利要求1所述的基于分段能量处理的截尾型序贯检验方法，其特征在于步 骤(3)所述的利用序贯检验算法，求得各分段序列能量yi的最大似然比λ ρ按如下步骤进 行(3a)根据中心极限定理，当分段间隔足够大时，接收信号的各分段序列的能量Yi逼近 正态分布过程，由此得到各分段序列能量Yi的概率密度函数表达式
4.根据权利要求1所述的基于分段能量处理的截尾型序贯检验方法，其特征在于步骤 (6)所述的推导最佳截尾门限C的表达式，按如下步骤进行(6a)描述截尾型序贯检验算法的误检概率α (N2)和漏检概率β (N2)的不等式为
全文摘要
本发明公开了一种基于分段能量处理的截尾型序贯检验方法，主要解决复杂电磁环境下，现有频谱感知算法存在的检测性能差、计算复杂度大的问题。其实现步骤是(1)对接收信号进行采样；(2)将采样后的接收信号序列平均分段，计算各分段序列的能量；(3)计算各分段序列能量的最大似然比λj；(4)计算各分段序列能量的最大似然比λj的检验统计量ΛK；(5)确定判决门限的上限和下限；(6)确定最佳截尾门限；(7)将检验统计量ΛK与判决门限的上限和下限，以及最佳截尾门限进行比较和判决，得到输出结果。本发明具有计算复杂度低，频谱检测时间短的优点，可用于提高复杂电磁环境中认知无线电网络的频谱感知性能。
文档编号H04B17/00GK102075263SQ20101059874
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年12月21日
发明者关磊, 华清, 司江勃, 吴利平, 李赞, 杜军朝, 郝本建, 陈小军, 黄仰超 申请人:西安电子科技大学