基于Cholesky分解与特征值的协作频谱检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于Cholesky分解与特征值的协作频谱检测方法，主要解决现有的基于特征值协作频谱检测方法的检测门限难以确定的问题。其实现步骤是：(1)各个检测用户根据所要检测的频段，采集该频段的数据，并上传到处理中心；(2)处理中心根据上传的数据，构造归一化协方差矩阵，并对其进行Cholesky分解；(3)利用该分解结果计算检测统计量，分析其概率分布；(4)根据检测统计量的概率分布计算目标虚警概率下的判决门限；(5)处理中心对检测统计量与检测门限进行比较，判决主用户信号是否存在。本发明具有检测门限精准，检测性能高的优点，可用于无线通信。
【专利说明】基于Cholesky分解与特征值的协作频谱检测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通信【技术领域】，涉及一种频谱检测方法，可用于感知网络和认知无线电系统中的频谱检测。
【背景技术】
[0002]随着感知网络的发展及其在日常生活中的普及，面向感知网络的关键技术的研究得到了广泛关注。其中，频谱检测技术是感知网络中的重要关键技术，通过检测频段的空闲与否来决定是否利用当前频段。同时，随着无线通信和移动通信的发展，人们对通信技术的要求越来越高，所需的服务越来越多，这使得有限的频谱资源变得日益稀缺。在目前的静态频谱分配框架下，很多频谱资源被分配给一些特定的服务，使得频谱的利用率低下。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，其主要思想是在已授权的频段内寻找空闲频段，在不影响授权用户正常通信的前提下，允许检测用户能够检测并接入到当前空闲的频段，从而大幅提高频谱利用率。为了能接入到空闲的频段，检测用户必须准确地检测其周围的频谱占用情况，因此频谱检测技术在认知无线电中具有关键的作用。该项技术包括频谱检测方法和协作频谱检测方法。
[0003]现有的频谱检测方法，主要有三种:
[0004]I)能量检测。检测用户通过计算接收到信号的能量，根据信号的能量大小来确定主用户是否存在。该方法实现简单，容易确定检测门限。然而，在低信噪比情况下，由于受到深度衰落和多径衰落等因素的干扰，该方法不能有效地正常工作。而且，该方法受噪声不确定度的干扰，在实际应用中受限。
[0005]2)基于循环平稳的检测。检测用户利用主用户信号在循环频率处所表现的峰值特性与噪声在循环频率处没有峰值特性来检测主用户是否存在。该方法抗噪性能好但需要主用户的先验信息且复杂度高。在认知无线电中其系统效率低，在实际应用中受限。
[0006]3)基于特征值分解的检测。检测用户利用主用户信号的相关性，通过对协方差矩阵进行特征值分解，来构造检测统计量。该方法能够抵抗噪声不确定度问题，且性能优于能量检测。然而，该方法只能采用无限采样点以确定近似的检测门限，其检测性能随之降低。
[0007]协作频谱检测是各检测用户通过协作来确定主用户存在与否。现有的协作频谱检测方法，包括:
[0008]I)基于能量检测的协作检测。各检测用户利用能量检测方法，通过协作确定主用户存在与否。该方法虽然实现简单，但是易受噪声不确定的干扰，而且，在低信噪比情况下，容易受深度衰落和多径衰落等因素的干扰，不能有效地正常工作。
[0009]2)基于循环平稳的协作检测。各检测用户利用基于循环平稳的检测方法，通过协作确定主用户存在与否。该方法抗造性能好，但复杂度高，且需要主用户信号的先验知识，无法做到盲检测，在实际中受限。
[0010]3)基于特征值分解的协作检测。各检测用户利用基于特征值分解的检测方法，通过协作确定主用户存在与否。该方法能够抵抗噪声不确定度的影响，检测性能好，但难以精确地确定检测门限，给实际应用造成了局限。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于Cholesky分解的分布式协作频谱检测方法，以提高检测性能，降低检测复杂度，精确确定判决门限，提高对主用户信号的检测性能。
[0012]为实现上述目的，本发明的技术方法包括如下步骤:
[0013](I)将占用当前频段的用户信号定义为主用户，将通过检测当前频段上主用户是否存在，以试图占用该频段的用户信号定义为检测用户，将通过融合和分析各个检测用户采集的数据，以确定当前频段主用户信号是否存在的设备定义为处理中心；
[0014](2)各个检测用户根据所要观察的频段，采集该频段的数据Xi (η)，其中η =
= 1，...，Μ，Ν为各个检测用户的采样点数，M为检测用户数，各个检测用户将采集到的数据Xi(Il)上传到处理中心；
[0015](3)处理中心根据各检测用户上传的数据Xi (η)，构建检测统计量1\:
[0016](3.1)处理中心根据各个检测用户上传的数据Xi (η)，构建数据矩阵X和协方差矩阵Rx，其中数据矩阵X为:
【权利要求】
1.一种基于Cholesky分解与特征值的协作频谱感知方案,包括如下步骤: (1)将占用当前频段的用户信号定义为主用户，将通过检测当前频段上主用户是否存在，以试图占用该频段的用户信号定义为检测用户，将通过融合和分析各个检测用户采集的数据，以确定当前频段主用户信号是否存在的设备定义为处理中心； (2)各个检测用户根据所要观察的频段，采集该频段的数据\(11)，其中11=1，一);1=1，…，M，N为各个检测用户的采样点数，M为检测用户数，各个检测用户将采集到的数据Xi(Il)上传到处理中心； (3)处理中心根据各检测用户上传的数据Xi(η)，构建检测统计量1\: (3.1)处理中心根据各个检测用户上传的数据Xi (η)，构建数据矩阵X和协方差矩阵Rx，其中数据矩阵X为:
2.根据权利要求1所述的基于Cholesky分解的分布式协作频谱检测方法，其特征在于步骤(3.3)所述的处理中心对归一化协方差矩阵V χ进行Cholesky分解，按如下公式进行:
【文档编号】H04W24/00GK103973383SQ201410211791
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月19日 优先权日:2014年5月19日
【发明者】李赞, 周福辉, 杨鼎, 高锐, 关磊, 黄海燕, 刘向丽, 齐佩汉, 胡伟龙, 熊天意 申请人:西安电子科技大学