一种基于多天线瞬时功率比较的频谱感知方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种认知无线电系统中的频谱感知技术，尤其是涉及一种基于多天线 瞬时功率比较的频谱感知方法。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信业务的快速增长，人们对频谱资源的需求量不断提高，频谱资源缺 乏的现象变得越来越严重。一方面，无线通信业务的快速发展和各种系统、协议、网络的不 断出现，使更多的人需要使用无线电频谱；另一方面，许多频段已经分配给了授权用户，非 授权用户只能使用那些没有被授权的频段，而没有被授权的频段又是十分稀缺的，现有的 固定的频谱资源分配策略的频谱资源利用率低下是造成这种现象的主要原因之一。认知无 线电（CognitiveRadio,CR)技术能够有效提高频谱资源利用率，是实现频谱资源动态分配 的主要方案之一。频谱感知是认知无线电技术中的重要组成部分，其可以有效防止采用认 知无线电技术的无线通信业务对在同一频段中的其它无线通信业务产生干扰，频谱感知的 性能直接关系到无线通信业务的质量。
[0003] 现有的频谱感知方法主要有能量检测法、循环特征检测法、协方差矩阵检测法、特 征值检测法等。在这些方法中，能量检测法需要知道噪声功率，循环特征检测法需要知道授 权用户信号的循环频率。当不知道噪声功率和授权用户信号的循环频率时，能量检测法和 循环特征检测法的频谱感知性能会严重下降。在多天线的情况下，协方差矩阵检测法和特 征值检测法能够利用接收信号之间的相关性来实现频谱感知，但是在实际应用中，为了获 得分集增益，接收信号之间的相关性较低甚至不相关，此时这两种方法的频谱感知性能较 差。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于多天线瞬时功率比较的频谱感知方 法，其频谱感知性能良好。
[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于多天线瞬时功率比较的 频谱感知方法，其特征在于包括以下步骤：
[0006] ①假设认知无线电系统中有M根接收天线均用于接收时域连续的射频信号，其 中，M表示认知无线电系统中的接收天线的总数，M多2 ;
[0007] ②对每根接收天线接收到的时域连续的射频信号进行下变频处理，得到每根接收 天线接收到的时域连续的射频信号对应的时域连续的基带信号；然后对每根接收天线接收 到的时域连续的射频信号对应的时域连续的基带信号进行时域采样处理，得到每根接收天 线接收到的时域连续的射频信号对应的时域离散的基带信号，将第i根接收天线接收到的 时域连续的射频信号对应的时域离散的基带信号中的第n个时域采样时刻的时域采样点 的采样值记为xi;n，其中，i= 1，2,…，M，n= 1，2,…，N，N表示时域采样处理的采样点数， N彡 15 ;
[0008] ③计算每根接收天线接收到的时域连续的射频信号对应的时域离散的基带信号 中的每个时域采样时刻的时域采样点的瞬时功率，将第i根接收天线接收到的时域连续的 射频信号对应的时域离散的基带信号中的第n个时域采样时刻的时域采样点的瞬时功率 记为ri:n，ri，n= (|x|)2,其中，符号" | | "为取绝对值符号；
[0009] 然后对M根接收天线接收到的时域连续的射频信号对应的时域离散的基带信号 中的所有时域采样时刻的时域采样点的瞬时功率按从小到大的顺序进行排序，再将数值1 到MXN共MXN个正整数一一对应赋值给按从小到大的顺序排序后的MXN个瞬时功率，将 第i根接收天线接收到的时域连续的射频信号对应的时域离散的基带信号中的第n个时域 采样时刻的时域采样点的瞬时功率重新赋值后的值记为hn' ；
[0010] ④计算检验统计量，记为
[0011] ⑤根据虚警概率Pf和认知无线电系统中的接收天线的总数M，计算判决门限，记为 入，入的值是自由度为M-1的卡方分布的lPf分位点的值，其中，0 <Pf< 1;
[0012]⑥比较检验统计量T与判决门限A的大小，如果T多A，则判定其它无线通信业 务正占用频段；如果T〈X，则判定其它无线通信业务未占用频段。
[0013] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0014] 1)本发明方法在计算判决门限时仅利用了虚警概率和认知无线电系统中的天线 的总数，不需要知道噪声功率，因此本发明方法有效地克服了已有的能量检测法需要知道 噪声功率的缺陷。
[0015] 2)本发明方法先对接收信号进行下变频处理得到时域连续的基带信号，然后对时 域连续的基带信号进行时域采样得到时域离散的基带信号，再计算时域离散的基带信号中 的每个时域采样点的瞬时功率，并对所有瞬时功率从小到大排序后重新赋值，最后根据重 新赋值后的瞬时功率值计算检验统计量，这使得本发明方法在接收信号之间的相关性较低 或不相关时仍然具有较好的频谱感知性能，因此本发明方法有效地克服了现有的特征值检 测法在接收信号之间的相关性较低或不相关时频谱感知较差的缺点。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明方法的总体实现框图；
[0017] 图2为本发明方法与能量检测法和特征值检测法的频谱感知性能比较示意图。
【具体实施方式】
[0018] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0019] 本发明提出的一种基于多天线瞬时功率比较的频谱感知方法，其总体实现框图如 图1所示，其包括以下步骤：
[0020] ①假设认知无线电系统中有M根接收天线均用于接收时域连续的射频信号，其 中，M表示认知无线电系统中的接收天线的总数，M多2。
[0021] 图1中Xl(t)表示第1根接收天线接收到的时域连续的射频信号，x2(t)表示第2 根接收天线接收到的时域连续的射频信号，xM(t)表示第M根接收天线接收到的时域连续的 射频信号。
[0022] ②利用现有的下变频处理技术对每根接收天线接收到的时域连续的射频信号进 行下变频处理，得到每根接收天线接收到的时域连续的射频信号对应的时域连续的基