一种基于超几何体体积频谱感知的方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明适用于认知无线电领域，提供了一种基于超几何体体积频谱感知的方法，所述方法包括以下步骤：A、利用次用户端接收数据y(k)内在的相关性，构造样本协方差矩阵S，其公式：B、依据样本协方差矩阵S构成超几何体，根据超几何体体积定义检测统计量,其公式：C、根据系统给定的虚警概率取得检测门限;D、根据检测统计量与检测门限的大小关系判断主信号有无。采用超几何体体积检测不需要已知背景噪声功率，在接收天线数增加时检测复杂度不会有明显提高，且该检测方法不受噪声非均匀性的影响，对实际认知无线电网络有良好的适用性。
【专利说明】一种基于超几何体体积频谱感知的方法及系统【技术领域】
[0001]本发明属于认知无线电领域，尤其涉及一种基于超几何体体积计算频谱感知的方法及系统。
【背景技术】
[0002]众所周知，现有的频谱资源固定分配的政策不能使有限的频谱资源得到充分利用。认知无线电的提出旨在解决上述问题。在认知无线电网络中，当主用户(即授权用户)没有工作时，它所占用的频带处于“空闲”状态；此时，次用户(即未授权用户)在一个很宽的频段范围内感知并有效利用空闲频带，以达到提高频带利用率的目的。具有认知功能的无线通信设备按照某种“伺机”的方式工作在已授权的频段内，即“借用”授权的频谱资源，同时保证这些无线设备的通信不会影响到其他已授权用户工作。这种“认知功能”即频谱感知技术。
[0003]频谱感知技术可被建模为二元假设检验问题——主信号不存在(即主用户空闲)假设和主信号存在(即主用户工作)假设。在主信号不存在的假设下，观测数据只包含噪声；在主信号存在的假设下，观测数据同时包含信号和噪声。主信号存在与否，直接影响了观测数据的能量和相关结构；频谱感知就应用了能量和相关结构在两种假设下的差异性来检测主信号的有无。
[0004]频谱感知技术主要包括能量检测、似然比检测、特征检测和基于特征值的检测
等。已知噪声功率时，能量检测器(ED (^))的检测性能最优；而在实际的认知无线电网
络中，噪声功率通常是未知的，用估计的噪声功率代替真实噪声功率，所得到的能量检测器
(ED (σ;))性能有明显下降。利用接收数据协方差矩阵的特征值做检测的方法叫做基于
特征值的检测。当主信号不存在时，接收数据仅包含噪声，样本协方差矩阵近似于一个单位阵；当主信号存在时，该协方差矩阵由于信号的相关性而失去单位结构，矩阵被展开。基于特征值的检测器就是根据这种相关结构而提出的。其中，代数-几何平均特征值之比(AGM)检测器能可靠地检测相干信号。最大-最小特征值之比(MME)检测器通过检测样本协方差矩阵是否对应于单位结构，来感知主信号的有无。由于没有用到所有的特征值，MME检测器的检测性能在一定条件下有所下降。如果认知无线电网络中只有一个主用户，则广义似然t匕(GLRT)检测器的性能最优，它等价于信号-噪声特征值(SNE)检测器。实际情况中，次用户端各个接收天线的内部结构可能不同，导致各天线上噪声功率不相等，即噪声为非均匀噪声。阿达玛(Hadamard)检测器不容易受噪声的影响，对非均匀噪声具有鲁棒性。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种基于超几何体体积频谱感知的方法，旨在解决各个天线上噪声功率未知或噪声功率不相等时检测性能降低的问题。样本协方差矩阵的行列式在主信号存在和主信号不存在这两种不同假设下相差很大，本发明利用这种差异性来做频谱感知。
[0006]本发明是这样实现的，一种基于超几何体体积频谱感知的方法，所述方法包括以下步骤:
[0007]A、利用次用户端接收数据y(k)内在的相关性，构造样本协方差矩阵S，其公式:
【权利要求】
1.一种基于超几何体体积频谱感知的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: A、利用次用户端接收数据y(k)内在的相关性，构造样本协方差矩阵S，其公式:
W袭=1 B、依据样本协方差矩阵S构成超几何体，根据超几何体体积定义检测统计量，其公式:ξ = logdel[Sr] = logdet[D 1S]； C、根据系统给定的虚警概率取得检测门限； D、根据检测统计量与检测门限的大小关系判断主信号有无。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A之前还包括: A0、根据次用户端天线接收的数据建立信号模型。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括: B1、计算矩阵S的各个行向量的长度，其公式:δ?=| S(i) I I ； B2、根据矩阵S行向量的长度构造对角阵D，其公式:D=diag(S1，…，δ J ； Β3、构造矩阵S’，其公式W=T1S, S’的行向量构成超几何体，其体积等于矩阵S’的行列式 det[S’ ]； B4、根据超几何体体积定义检测统计量，其公式: ξ = logdet[S,] = logdet[D 1S]。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述超几何体体积定义检测统计量不需要已知背景噪声的功率，不受噪声非均匀性影响，对非均匀性噪声具有鲁棒性。
5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述超几何体体积定义检测统计量所需的计算时间随天线数的增加变化幅度较小，对实际认知无线电系统的适用性强。
6.一种基于超几何体体积频谱感知的系统，其特征在于，该系统包括: 样本协方差矩阵模块，用于利用次用户端接收数据y(k)内在的相关性，构造样本协方差矩阵S，其公式:S = ^Xyik)/(k); 检测统计量模块，用于依据样本协方差矩阵s构成超几何体，根据超几何体体积定义检测统计量，其公式:c: = iogdet[51 = 1gdetfD 'S]； 检测门限模块，用于根据系统给定的虚警概率取得检测门限； 判断模块，用于根据检测统计量与检测门限的大小关系判断主信号有无。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括: 信号模型模块，用于根据次用户端天线接收的数据建立信号模型。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述检测统计量模块包括: 长度计算单元，用于计算矩阵S的各个行向量的长度，其公式:δ i=| S(i) 11 ； 对角阵单元，用于根据矩阵S行向量的长度构造对角阵D，其公式AzdiagOi，…，δω)； 求体积单元，用于构造矩阵S’，其公式X=D-1S, S’的行向量构成超几何体，其体积等于矩阵S’的行列式det[S’]； 取得检测统计量单元，用于根据超几何体体积定义检测统计量，其公式:ξ = 1gdettSrI = 1gdci^1S] 0
9.根据权利要求6-8任一项所述的系统，其特征在于，所述超几何体体积定义检测统计量不需要已知背景噪声的功率，不受噪声非均匀性影响，对非均匀性噪声具有鲁棒性。
10.根据权利要求6-8任一项所述的系统，其特征在于，所述超几何体体积定义检测统计量所需的计算时间随天线数的增加变化幅度较小，对实际认知无线电系统的适用性强。
【文档编号】H04W16/14GK103490835SQ201310478534
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年10月14日 优先权日:2013年10月14日
【发明者】黄磊, 李蓉娴 申请人:哈尔滨工业大学深圳研究生院