一种认知无线电频谱检测方法与流程

本发明涉及一种认知无线电技术，更具体的说是涉及一种认知无线电频谱检测方法。

背景技术：

认知无线电是为了有限的频谱资源所提出来的一种无线电的使用方法，其目的就是在于采用灵活使用空闲频谱的方式来增加频谱的利用率，进而实现在有限的频谱资源的情况下，能够提供给更多的用户进行通信的效果。

现有的认知无线电的工作模式基本都是，感知空闲频谱和主用户，然后利用空闲频谱进行通信，这两个步骤不断的循环，以在感知主用户以后能够及时的跳出当前频谱，避免对主用户的通信产生干扰，同时进行快速有效的跳频动作，因而认知用户是否对于主用户是否产生干扰主要还是依靠感知情况的正确与否，因此在认知无线电中对于频谱的检测和感知是十分重要的，现有的最常用的检测频谱和感知的方式是采用能量检测的方式，通过检测频谱信道内的能量大小来确定此时的信道是否有主用户正在使用通信，然而由于现有的无线通信的过程中经常性会出现干扰信号，即为信道噪声，因此设定主用户是否存在的门限值就难以确定，如此便不能够很好的在频谱检测的过程中准确的判断出此时的信道里面是否有主用户存在。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种能够准确的判断出信道里是否有主用户存在的认知无线电频谱检测方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种认知无线电频谱检测方法，包括如下步骤：

步骤一，采集现有频谱上每个信道上的能量，同时预设一个能量阈值，将信道根据其采集到的能量与能量阈值相比后分类，分为高能量信道和低能量信道；

步骤二，设置一个用于发送问询信号的信号发生器，利用信号发生器发送问询信号到高能量信道内，同时设置一个信号接收器用于接收主用户发出的响应信号；

步骤三，根据信号接收器接收的信号选出发出响应信号的信道，确定为主用户占用信道，同时提取出主用户占用信道所对应的能量值，并根据以下公式更新预设的能量阈值，公式如下：

其中，x为更新后的能量阈值，a1、a2。。。。an为第1至n号高能量信道，n为信道的数量编号；

步骤四，将步骤三中更新的能量阈值作为判断主用户是否占用信道的能量阈值，进行频谱感知，并返回步骤一重新检测信道上的能量。

作为本发明的进一步改进，所述步骤二中所使用的信号发生器包括外壳和设置在外壳内的信号发生电路，所述信号发生电路包括：

运算放大器u1，该运算放大器u1的同相输入端耦接有电容c1后接地，还耦接有电阻r1后接地，所述运算放大器u1的输出端用于输出正弦波，并耦接有相互串联的电容c2和电阻r2后耦接于其同相输入端，所述运算放大器u1的反相输入端耦接有电阻r4后耦接于输出端；

运算放大器u2，该运算放大器u2的输出端反接有二极管d1后耦接有电容c4后接地，还耦接有电阻r7后接地，所述运算放大器u2的反相输入端耦接有相互串联的电阻r9和二极管d2后耦接于运算放大器u1的输出端，该反相输入端还耦接有电阻r8耦接于运算放大器u2的输出端，所述运算放大器u2的同相输入端耦接有电阻r10后接地，还耦接有二极管d3后耦接于运算放大器u1的输出端；

开关管g，该开关管g具有第一端、第二端和控制端，所述控制端耦接有电容r6后耦接于运算放大器u2的输出端，还耦接有相互串联的电容c3和电阻r5后耦接于第一端，所述第二端接地，该开关管g的第一端还耦接有电阻r3后与运算放大器u1的反相输入端耦接；

接口电路，所述接口电路耦接于运算放大器u的输出端，还耦接于外部信道，用于将运算放大器u的输出端输出的正弦波信号输出到外部信道内。

作为本发明的进一步改进，所述接口电路包括：

滤波器，耦接于运算放大器u的输出端，用以将运算放大器u的输出端输出的正弦波进行滤波后输出；

无线信号发射器，耦接于滤波器，用于接收滤波器滤波后的正弦波信号，并将正弦波信号转换成无线信号输出到外部信道内。

作为本发明的进一步改进，所述外壳包括上壳体和下壳体，所述上壳体与下壳体之间可拆卸连接，相互之间形成一个容纳信号发生电路的容纳腔，所述上壳体背向下壳体的一侧设有天线，所述天线与无线信号发射器耦接，所述天线包括信号发射体和信号增强体，所述信号增强体的固定在上壳体的侧面上，所述信号发射体固定在信号增强体上，所述信号发射体与无线信号发射器耦接，所述信号发射体包括发射主杆和若干根发射支杆，所述发射主杆的一端与上壳体的侧面固定连接，还与无线信号发射器耦接，若干根支杆的一端均固定在主杆背向上壳体的一端，另一端背向主杆呈向外发射状设置，所述信号增强体为一块带有凹面的铝板，所述主杆相对于支杆的另一端连接在铝板设有凹面的一侧，所述铝板背向凹面的一侧朝向上壳体设置。

作为本发明的进一步改进，所述信号接收器包括壳体和设置在壳体内的接收电路，所述接收电路包括：

接收天线，用于与外部信道通信，接收主用户发出的无线反馈信号，并转换成电信号后输出，其中，无线反馈信号内具有信道编号和反馈信息；

带通滤波器，耦接与接收天线，用于接收天线输出的电信号，并将电信号进行带通滤波后输出；

记录电路，其内存储有信道编号，耦接于带通滤波器，还耦接于接收天线，用于接收带通滤波器输出的电信号和接收天线输出的信号编号，将接收到的电信号按照信道编号进行记录。

本发明的有益效果，通过步骤一的设置，就可以有效的采集到现有的频谱上的各个信道上的能量，然后根据能量的数值将信道分为两类，然后通过步骤二的设置，就可以有效的在感知频谱的时候，就可以向高能量的信道发送问询信号，判断此时的高能量的信道是否是主用户在使用，通过步骤三的设置，就可以根据确定主用户占用的信道的能量计算出能量阈值，然后通过这个数值来更新能量阈值，这个能量阈值即为最接近主用户占用信道的时候所产生的能量，如此便不需要同现有技术中一样，能量阈值通过预设的方式，导致的主用户判断不够准确的问题，本发明采用了动态阈值的方式，这样能量阈值会随着主用户的相应而变化，保证能量阈值能够最大化接近主用户占用信道时所产生的能量。

附图说明

图1为信号发生器的整体结构图；

图2为信号发生电路的电路图；

图3为接收电路的模块框图。

具体实施方式

下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。

参照图1至3所示，本实施例的一种认知无线电频谱检测方法，包括如下步骤：

步骤一，采集现有频谱上每个信道上的能量，同时预设一个能量阈值，将信道根据其采集到的能量与能量阈值相比后分类，分为高能量信道和低能量信道；

步骤二，设置一个用于发送问询信号的信号发生器，利用信号发生器发送问询信号到高能量信道内，同时设置一个信号接收器用于接收主用户发出的响应信号；

步骤三，根据信号接收器接收的信号选出发出响应信号的信道，确定为主用户占用信道，同时提取出主用户占用信道所对应的能量值，并根据以下公式更新预设的能量阈值，公式如下：

其中，x为更新后的能量阈值，a1、a2。。。。an为第1至n号高能量信道，n为信道的数量编号；

步骤四，将步骤三中更新的能量阈值作为判断主用户是否占用信道的能量阈值，进行频谱感知，并返回步骤一重新检测信道上的能量，在使用本实施例的检测方法的过程中，通过步骤一可以有效的采集到现有频谱上各个信道上的能量，然后根据采集到的能量的大小进行分类，将信道分成高能量信道和低能量信道，之后通过步骤二可以通过信号发生器发送一个问询信号，然后让主用户产生回应的方式，进一步确定高能量的信道是否有主用户存在，然后通过步骤三的设置，就可以有效的提取出确定为主用户占用信道所对应的能量值，然后通过计算公式就可以计算出获取到的这些的能量值平均值作为更新能量阈值，如此便能够有效的实现一个能量阈值的动态调整，并且调整后的阈值是通过多个确定主用户占用信道所产生的能量计算出来的，因而更新后的能量阈值能够更为准确的分辨出信道到底是主用户占用还是信道噪声，而通过步骤四的设置，就可以有效的依据更新的能量阈值进行频谱感知和通信了，如此便可以有效的避免现有技术中的能量阈值采用预先设定的方式，导致的设定阈值与实际的主用户占用的信道的能量值产生偏差，导致频谱感知无法很好的感知到空闲信道的问题。

作为改进的一种具体实施方式，所述步骤二中所使用的信号发生器包括外壳1和设置在外壳1内的信号发生电路2，所述信号发生电路2包括：

运算放大器u1，该运算放大器u1的同相输入端耦接有电容c1后接地，还耦接有电阻r1后接地，所述运算放大器u1的输出端用于输出正弦波，并耦接有相互串联的电容c2和电阻r2后耦接于其同相输入端，所述运算放大器u1的反相输入端耦接有电阻r4后耦接于输出端；

运算放大器u2，该运算放大器u2的输出端反接有二极管d1后耦接有电容c4后接地，还耦接有电阻r7后接地，所述运算放大器u2的反相输入端耦接有相互串联的电阻r9和二极管d2后耦接于运算放大器u1的输出端，该反相输入端还耦接有电阻r8耦接于运算放大器u2的输出端，所述运算放大器u2的同相输入端耦接有电阻r10后接地，还耦接有二极管d3后耦接于运算放大器u1的输出端；

开关管g，该开关管g具有第一端、第二端和控制端，所述控制端耦接有电容r6后耦接于运算放大器u2的输出端，还耦接有相互串联的电容c3和电阻r5后耦接于第一端，所述第二端接地，该开关管g的第一端还耦接有电阻r3后与运算放大器u1的反相输入端耦接；

接口电路21，所述接口电路21耦接于运算放大器u1的输出端，还耦接于外部信道，用于将运算放大器u1的输出端输出的正弦波信号输出到外部信道内，由于现有的无线通信所采用的通信信号是采用数字信号，因而假如信号发生器发出的是数字信号的话，就很容易与主用户占用信道时所产生的信号混淆，这样一方面主用户无法分辨出来是否是问询信号，导致主用户无法很好的反馈信号给感知用户，因此在本实施例中采用输出正弦波信号的方式，就不会与信道内的通信信号产生混淆，如此主用户便能够及时有效的进行反应了，在信号发生电路2输出正弦波的过程中，首先运算放大器u1和运算放大器u2就会工作，运算放大器u1就会与电容c1、电阻r1、电阻r2、电容c2以及电阻r4的配合作用产生自激振荡，然后通过运算放大器u2的反馈作用，将输出的振荡信号反馈会运算放大器u1，使得运算放大器u1最终输出的自激振荡信号转换成正弦波信号，而通过开关管g的设置，就可以将运算放大器u2的反馈转化成数字信号的反馈输入到运算放大器u1的反相输入端内，如此运算放大器u1就会根据这个数字信号调整自己的自激输出，这样就可以有效的输出一个正弦波信号了，而在这里通过开关管g的设置，可以利用开关管g的开关特性，与电容c3和电阻r5相互配合，能够对运算放大器u2输出的信号进行一个滤波的作用，保证运算放大器u2的反馈信号能够更为准确的输入到运算放大器u1内，而通过接口电路21的设置，就可以有效的将运算放大器u1输出的正弦波信号转化输入到外部信道内，很好的实现一个输出问询信号给主用户的效果，如此主用户就能够更好的反应，后面获取能量阈值的准确性就越高。

作为改进的一种具体实施方式，所述接口电路21包括：

滤波器211，耦接于运算放大器u1的输出端，用以将运算放大器u1的输出端输出的正弦波进行滤波后输出；

无线信号发射器212，耦接于滤波器211，用于接收滤波器211滤波后的正弦波信号，并将正弦波信号转换成无线信号输出到外部信道内，现有的认知通信的方式，都是在无线网络中应用的，因而在这里将接口电路21设置成滤波器211和无线信号发射器212，通过滤波器211的设置，就可以有效的对运算放大器u1输出的正弦波信号进行一个滤波作用，滤除掉正弦波信号上的杂波，然后通过无线信号发射器212的设置，就可以有效的将滤除掉杂波的正弦波信号转化成无线信号，如此便能够很好的实现一个输入问询信号到信道内，问询主用户是否占用的效果，这就可以有效的保证获取到的能量阈值的准确性，如此相比于现有技术中采用预设阈值的方式，准确性更高，能够更好的感知到空闲信道了。

作为改进的一种具体实施方式，所述外壳1包括上壳体11和下壳体12，所述上壳体11与下壳体12之间可拆卸连接，相互之间形成一个容纳信号发生电路2的容纳腔，所述上壳体12背向下壳体12的一侧设有天线3，所述天线3与无线信号发射器212耦接，所述天线3包括信号发射体31和信号增强体32，所述信号增强体32的固定在上壳体11的侧面上，所述信号发射体31固定在信号增强体32上，所述信号发射体31与无线信号发射器212耦接，所述信号发射体31包括发射主杆311和若干根发射支杆312，所述发射主杆311的一端与上壳体11的侧面固定连接，还与无线信号发射器212耦接，若干根支杆312的一端均固定在主杆311背向上壳体11的一端，另一端背向主杆311呈向外发射状设置，所述信号增强体32为一块带有凹面的铝板，所述主杆311相对于支杆312的另一端连接在铝板设有凹面的一侧，所述铝板背向凹面的一侧朝向上壳体11设置，通过发射主杆311和发射支杆312的设置，就可以有效的将编译好的正弦波无线信号向外扩散出去，而采用发散型发射支杆312的设置，就能够实现正弦波无线信号扩展的范围更广，而通过信号增强体32的设置，可以将发射支杆312发射出来的无线信号利用铝板反射的特性，将发射向上壳体11的信号集中反射出去，这样就不会出现部分信号是发射到上壳体11的方向，导致无线信号使用率降低的问题，如此便不需要使用电路方面来增强无线信号的幅值导致的能源消耗过多，或是增幅过程中使得信号失真的问题。

作为改进的一种具体实施方式，所述信号接收器包括壳体和设置在壳体内的接收电路4，所述接收电路4包括：

接收天线41，用于与外部信道通信，接收主用户发出的无线反馈信号，并转换成电信号后输出，其中，无线反馈信号内具有信道编号和反馈信息；

带通滤波器42，耦接与接收天线41，用于接收天线41输出的电信号，并将电信号进行带通滤波后输出；

记录电路43，其内存储有信道编号，耦接于带通滤波器42，还耦接于接收天线41，用于接收带通滤波器42输出的电信号和接收天线输出的信号编号，将接收到的电信号按照信道编号进行记录，通过接收天线41的设置，就可以有效的接收到无线反馈信号，而通过带通滤波器42的设置，就可以有效的对接收到的信号进行一个滤波的作用，如此便可以采用带通滤波器42的滤波作用有效的实现一个检测所接收到的信号里面是否有主用户的反馈信号的效果，这样实现起来便十分的方便，而通过记录电路43的设置，便可以有效的实现将有主用户反馈信号的信道有效的记录下来，这样就能够很好的通过步骤三将记录下来的信道所对应的信道能量加入到公式内进行计算，如此便能够很好的实现一个能量阈值更新的效果，同时记录检测过程实现起来简单方便，实现一个动态阈值的效果，大大的增加了能量阈值分辨主用户占用信道和空闲信道的准确性，其中本实施例中所使用的接收天线41、带通滤波器42为现有技术，记录电路43则为现有的存储电路。

综上所述，本实施例的检测方法，通过步骤一的设置，可以有效的采集到信道能量，并且根据能量阈值对信道进行分类，而通过步骤二的设置，就可以通过设置一个信号发生器发出问询信号来判断此时的高能量的信道是不是主用户在占用，为计算能量阈值打下基础，而通过步骤三和步骤四的设置就可以有效的计算出能量阈值更新并使用的效果了，如此实现了一个动态能量阈值的效果，相比于现有技术中采用预设的方式，准确性更高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。