一种无线通信网络中的子载波感知方法
【专利摘要】本发明公开了一种无线通信网络中的子载波感知方法。本发明首先定义多级维纳滤波过程的初始化，接着执行多次迭代过程，得到期待信号的协方差矩阵，然后基于此计算盖氏圆盘半径和盖氏圆盘估计器，估计被占用子载波的数目，最后根据各子载波功率的大小，判断被占用子载波的位置，确定空闲子载波与被占用子载波。本发明提供的方法特征为：不依赖于传统的主观判决门限，而是利用信号子空间与噪声子空间的正交性做出判决；不需要噪声功率的先验信息，对噪声不确定性具有鲁棒性；不需要信道信息及信号的统计特性，属于一种盲的感知方法；上述方法可以有效地抑制无线通信网络中背景噪声对系统性能的影响，同时计算复杂度低，可行性强。
【专利说明】一种无线通信网络中的子载波感知方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通信【技术领域】，尤其涉及一种适用于无线通信网络的子载波感知方法及装置。
【背景技术】
[0002]无线通信网络中的频谱资源是非常有限的，具有不可再生性。如何最大化利用这些宝贵的频谱资源进行通信得到了业界广泛的关注。统计数据表明，目前的频谱分配机制下的频谱利用情况极其不合理，某些载波上承载了大量的用户数据，而更多的载波却处于空闲状态。在这种背景下，认知无线电技术应运而生，其基本思想是频谱重用/共享，通过载波感知获得频谱的利用信息，主动地接入空闲载波进行通信。
[0003]本发明采用了分布式正交频分多址(OFDMA)结构，将传输带宽划分为正交的互不重叠的一系列子载波集。在某个特定的时间和特定的空间内，这些子载波可能只有其中一部分正在为用户提供业务，其余的均处于空闲状态，可以供其它用户机会频谱接入。子载波感知技术则是通过检测这些空闲的子载波，允许多个用户在不同的子载波上共享相同的信道，增加系统容量，提供更好的通信质量。而传统的载波监听多路访问(CSMA)技术则只有当整个信道均处于空闲状态时才允许接入，即使仅是有一小部分子载波被利用时，整个信道也不能被使用。在进行子载波感知时，如果逐一检测各个子载波的占用情况，当子载波数很多时，将会消耗大量的感知时间。相反，如果能同时检测所有的子载波，并对其占用情况做出判决，将会缩短感知时间，提高频谱利用率。
[0004]由于无线通信网络中噪声的随机性，噪声方差不会提前预知，也就不可能得到噪声功率的精确估计，即存在噪声不确定性的现象，故能量检测的方法性能会严重恶化。同时，无线通信中的信道环境、信号统计特性也是未知的，匹配滤波器检测、循环平稳特征检测都不再适用。因此，亟需在无线通信网络中设计一种盲的、鲁棒的子载波感知方法。
[0005]基于以上问题，本发明提出一种适用于无线通信网络的子载波感知方法及装置，该方法及装置能有效的解决噪声不确定性对系统性能的影响，提高通信质量。同时，该方法及装置对整个信道的子载波占用情况同时做出判决，缩短感知时间，提高了频谱利用率。
【发明内容】
[0006]子载波的占用与否等效于下述的二元假设检验模型:
[0007]H0: Xk (η) = ε k(n)
[0008]H1: xk (η) = hksk (η) + ε k (η)
[0009]其中，Htl表不该子载波上没有信号/干扰，H1表不该子载波上存在信号/干扰，xk(η)是子载波上接收到的信号，sk(η)是子载波上的信号/干扰，hk代表信道增益，ek(n)表示无线通信中的背景噪声。子载波感知即需要在每个子载波上判断哪个假设检验成立。本发明把干扰也视为信号，以此避让存在强干扰的子载波。
[0010]假设无线通信系统接收端由M个均匀线性阵列组成，在背景噪声的干扰下，接收信号可以表示为
【权利要求】
1.一种无线通信网络中的子载波感知方法，其特征在于: 首先估计信道中被占用子载波的数目，然后判断被占用子载波的位置，区分空闲子载波与被占用子载波； 用户接收端的天线阵列数需大于被占用子载波数； 无线通信中的子载波感知步骤为，第一步，多级维纳滤波过程的初始化；第二步，多级维纳滤波过程的多级迭代；第三步，计算期待信号协方差矩阵及盖氏圆盘半径；第四步，寻找盖氏圆盘估计器的第一个非正值，估计被占用子载波的个数；第五步，根据各子载波的接收功率，区分空闲子载波与被占用子载波。
2.根据权利要求1所述的无线通信网络中子载波感知方法，其特征在于，多级维纳滤波过程的初始化包括定义新的观测数据A(n) = [r2(n)，r3(n)，和新的参考信号
3.根据权利要求1所述的无线通信网络中子载波感知方法，其特征在于，多级维纳滤波过程的多级迭代包括第i级的期待信号d, (〃) = hfr, , (/;)、观测数据
4.根据权利要求1所述的无线通信网络中子载波感知方法，其特征在于，期待信号协方差矩阵计算如下
5.根据权利要求1所述的无线通信网络中子载波感知方法，其特征在于，盖氏圆盘估计器估计被占用子载波数的准则
6.根据权利要求1所述的无线通信网络中子载波感知方法，其特征在于，各子载波的功率为
【文档编号】H04B17/00GK103532648SQ201310496493
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】谢刚, 卿浩博, 刘元安, 张帆, 刘凯明, 刘芳 申请人:北京邮电大学