一种基于二项分布的快速频谱感知方法和装置的制造方法
【专利说明】一种基于二项分布的快速频谱感知方法和装置 【技术领域】
[0001] 本发明涉及认知无线电领域中的频谱感知技术领域，具体涉及一种基于二项分布 的快速频谱感知方法和装置。 【【背景技术】】
[0002] 认知无线电（CR)技术是一种动态频谱管理技术，旨在解决当前日益严重的频谱 资源匮乏、频谱利用率不高的问题。其核心思想是允许次用户（SU)在主用户（PU)不使用 授权频段时动态接入该频段，而当主用户重新使用授权频段时次用户能够及时撤出，以免 干扰主用户通信。可见，认知无线电的前提条件和首要任务是频谱感知，即次用户可以快速 并准确感知频段内是否存在主用户信号以实现频谱动态接入和撤出。
[0003] 经典的频谱感知方法主要有循环平稳特征检测方法、匹配滤波检测方法、能量检 测方法和基于协方差矩阵特征结构的感知方法等，循环平稳特征检测方法复杂度高，而匹 配滤波检测方法必须预知主用户的先验知识（如信号波形、调制方式等）且对于同步的要 求也比较高，实际应用有较大限制，能量检测（ED)方法由HarryUrkowitz于1967年在文 献《Energydetectionofunknowndeterministicsignals》（《确定性信号的能量检测 方法》）中提出，该方法不需要得知主用户的任何先验信息，且硬件实现简单，只需要少量采 样点便可获得较佳的感知性能，但它需要预知噪声方差，且对噪声不确定度敏感，噪声不确 定度往往会造成算法性能的急剧下降，基于协方差矩阵特征结构的感知方法克服了这一问 题，该类方法利用信号之间的相关性进行检测，主要有基于最大最小特征值之比的方法和 基于特征模板匹配的方法等，其检测性能优于能量检测，不需要预知任何先验知识，且不受 噪声不确定度影响，但其缺点是需要较多采样点，且运算复杂度较高，不适用实时检测；最 近，沈雷等人于2012年在文献《认知无线电中基于拟合优度的频谱盲检测算法研究》中提 出一种基于特征函数的频谱盲检测（CAD)方法，该算法检测性能较好，不需要知道噪声方 差且不受噪声不确定度影响，但缺点是检测方法的运算量大（检验统计量的运算量大）。 【
【发明内容】
】
[0004] 本发明的目的是提供一种快速频谱感知方法和装置，使感知过程简单易实现，并 有较好的感知性能，且感知结果不受噪声不确定度影响。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的具体方案是：一种基于二项分布的快速频谱感 知装置，包括采样器、数值计算器和判决器，其中采样器用于对解调信号进行采样，并将采 样点数值传输给数值计算器，数值计算器用于对采样点数值进行计算，并将计算结果传输 给判决器，判决器用于接收数值计算器的计算结果并进行判决。
[0006] 进一步的，所述数值计算器包括比较器和加法器，所述比较器用于比较采样点数 值是否大于〇,并将比较结果传输给加法器，所述加法器用于统计采样点数值大于〇的采样 点个数，并将统计结果传输给判决器。
[0007] -种基于二项分布的快速频谱感知方法包括以下步骤：
[0008] 1)通过采样器对接收信号x(t)进行采样，得到采样点数值x(n)，并将采样点数值 x(n)传输给比较器；
[0009] 2)通过比较器对采样点数值x(n)进行比较，比较采样点数值是否大于0,并将比 较结果传输给加法器，加法器统计采样点数值x(n)大于0的采样点个数T，并将采样点个数 T其作为检验统计量：
[0010]
[0011] 上式中：x(n)为第n时刻接收信号的采样点数值，u(x)为阶跃函数，N为采样个 数，T为采样点数值x(n)大于0的采样点个数；
[0012] 3)通过设定的虚警概率Pf计算判决门限y郴y2;
[0013] 4)判决器根据上述门限进行判决，判断主用户是否存在。
[0014] 所述步骤3)中的门限确定方法为yFYl-Pf)，y2=F YPf);
[0015] 上式中：yJPy2为判决门限，Pf为虚警概率，且0彡Pf彡1，F(t)表示参数为 (N，0. 5)的二项分布的累积分布函数。
[0016] 所述步骤4)中的判决准则为：当T多丫iST彡Y2时，则判决主用户存在，频谱 占用；否则判决主用户不存在，频谱空闲。
[0017] 太发昍熄颇遒咸如间题表述为如下二元假设检验问题：
[0018]
[0019] 其中，x表示次用户接收信号，s表示主用户发送信号，w表示均值为〇、方差为g 的加性高斯白噪声，H。表示主用户不存在，Hi表示主用户存在。
[0020] 更进一步，根据接收信号采样值的分布情况判断信号x中是否存在主用户信号的 具体步骤如下：
[0021] 1)采样器对接收信号x(t)进行采样，得到采样点数值x(n)(n= 1，2,…，N)，其 中，x(n)表示第n时刻接收到信号的采样点数值；
[0022] 2)通过数值计数器中的比较器判断采样点数值是否大于0,通过加法器统计采样 点数值x(n)大于0的采样点个数T，并以采样点个数T作为检验统计量：
[0023]
[0024] 其中，T为采样点数值x(n)大于0的采样点个数，N为采样数，u(x)为阶跃函数， x(n)为第n时刻接收到信号的采样点数值；
[0025] 3)由于H。时T服从参数为（N，0.5)的二项分布，采样信号为解调后的码元，其数 值有正和负两种情况，分别针对上述两种情况，结合给定的虚警概率Pf计算两个判决门限 丫丄和丫 2:
[0026] Tl= F '(l-Pf)
[0027] y2= F '(Pj)
[0028] 其中，yJPY2为判决门限，F(t)表示参数为（N，0. 5)的二项分布的累积分布函 数，Pf为虚警概率，且〇彡Pf< 1 ;
[0029] 4)判决器根据如下准则进行判决：若T彡y:或T彡Y2，则判决主用户存在，频谱 占用；否则判决主用户不存在，频谱空闲。
[0030] 与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
[0031] (1)相比于能量检测方法，本发明方法的感知性能有很大提高，在运算量方面，虽 然本发明方法的加法次数比能量检测方法多，但本发明方法的乘法次数比能量检测方法 少，而实际应用中运算量的负荷主要来源于乘法运算，即乘法运算比加法运算复杂，因此本 发明方法的运算量低于能量检测方法的运算量；相比于基于特征函数的频谱盲检测方法， 在运算量方面，不管是加法运算量还是乘法运算量，本发明方法的运算量都低于基于特征 函数频谱盲检测（CAD)方法的运算量。
[0032]