基于模拟滤波器组的快速动态宽带频谱检测方案的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于模拟滤波器组的快速动态宽带频谱检测方案。本发明包括：设置子频带总个数N、起始检测步长b、起始检测窗口左端点k、最大步长门限bmax；检测窗口内所有子频带的能量和P[k,k+b]是否大于相应窗口的能量门限值Th[k,k+b],若大于，则依次检测窗口内的每一个子频带能量，并确定是否被占用，检测完之后更新检测的左窗口为k←k+b+1；若小于，更新窗口左端点为k←k+b+1,窗口步长b←2*b，在没有超过最大步长值bmax的情况下，右端点则为k+b，若超过，则为k+bmax；循环以上检测能量步骤，直到检测完N个子频带。本发明基于模拟滤波器组，造价便宜，实用性强，降低了检测成本；并根据已经检测到的频谱资源使用情况，动态调整检测步长，实现了宽带频谱的快速检测。
【专利说明】
基于模拟滤波器组的快速动态宽带频谱检测方案
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种宽频带频谱检测方案，基于模拟滤波器组的快速动态宽带频谱检 测有效解决频谱检测速度慢、价格高的问题，属于认知无线电领域。
【背景技术】
[0002] 近年来随着广播通信等领域的飞速发展，频谱资源越来越稀缺，认知无线电技术 便应运而生，而频谱感知是认知无线电技术的重要环节。
[0003] 频谱感知大致可分为窄带频谱检测和宽带频谱检测，与窄带频谱感知相比，宽带 频谱感知显然相当具有挑战性。设备价格高昂、检测速度慢、精度低等问题非常严峻。
[0004] 目前，针对宽带频谱感知的技术很多是基于窄带感知，将宽带划分后，对宽带内的 每一个子频带使用窄带感知的方案。在窄带信号检测中有循环平稳特征提取、匹配滤波器 检测、能量检测、小波检测和统计检测等经典算法。但是这些方案需要对子频带进行逐一检 测，检测时间长，整个系统的时延大大增加；还有使用宽带电路，用高速数字信号处理器 (DSP)作为主要设备，但是DSP价格昂贵，功耗大且计算复杂度高；另一种压缩感知技术也可 以用于宽带频谱检测，但是该技术的应用必须以得到频带的占用率这一先验信息为前提， 不适合快速变化的宽带频谱，此外，压缩感知技术也需要相当的电路开销。
[0005] 考虑到检测设备的成本问题，我们将目光转向模拟设备，探寻解决检测设备价格 高昂、检测时间长等问题的新思路。
[0006] 1.通过使用模拟滤波器组降低检测成本，同时减少设备带来的时延。最新调查发 现，现成的模拟滤波器组和能量探测器的成本已经很低。例如，AD8310,一个高性能的能量 探测器，成本仅4.62美元。低通滤波器的成本随过滤带宽的不同而不同，但通常小于5美元。 此外，模拟硬件不影响总传感延迟，模拟滤波器的响应延迟只有约纳秒(ns)量级。
[0007] 2.通过自适应动态调整检测窗口的大小进一步减少检测的时延。根据噪声谱的噪 声能量设置门限，将检测到的窗口内的能量与相应的能量对比，根据结果决定采用扩大窗 口步长为原来的2倍继续向下检测或者逐个检测窗口内每个子频带的能量。通过对宽带频 谱资源使用情况的试探，在没有频谱占用率的先验信息的条件下，逐步优化相关参数，以达 到减少检测次数，缩短感知时间的目的。
[0008] 因此，本发明提出一种基于模拟滤波器组的快速动态宽带频谱检测方案，有效解 决了宽带频谱检测中设备价格昂贵，检测时间长的问题。该方案利用了模拟滤波器组，设备 成本低，并且将设备相应延时降低至纳秒(ns)量级;能够根据检测结果动态的调整步长，且 不需要频带占用率这一先验信息，提高了检测速度;此外，该方案还可用于高频检测。
【发明内容】
[0009] 基于以上分析，为解决宽带频谱感知中设备价格昂贵、检测时间长的问题，本发明 提出了一种基于模拟滤波器组的快速动态宽带频谱检测方案，包括以下步骤：
[0010] 1.用户初始化设定相关参数；
[0011] 检测一段宽频带时，在逻辑上将其可划分为若干子频带。用户可以划分子频带总 个数N、起始检测步长b、起始检测窗口左端点k、最大步长门限b max;子频带总个数N可以根据 频带的宽度和用户想要得到的精确度来划分，起始检测步长b可以自由设定，通常设置为1， 即首先检测一个子频带的能量，起始检测窗口的左端点k为目标频带的最低频率所在子频 带，最大步长门限b max用户可以通过预估频谱的使用率来决定。
[0012] 2.判断是否结束检测；
[0013] 判断窗口的左端点是否超过窗口总数，如果超过，则结束检测，反之，继续进行检 测。
[0014] 3.确定窗口的右端点合理；
[0015] 判断窗口的右端点k+b是否大于宽带的子带总数，如果右端点大于子频带总数，则 将窗口又端点调整为N，反之，窗口右端保持不变；
[0016] 4.检测窗口范围内的能量并和相应门限值比较；
[0017] 设备可以正常工作，检测窗口内所有子频带的能量和P[k,k+b]，并和相应的能量门 限值Th[k,k+b]比较。
[0018] 5.根据比较结果自动选择不同的策略更新相关参数；
[00?9 ]当所检测到的能量值P [ k, k+b ]小于对应的门限值Th [k, k+b ]时，继续判断当前的步长b， 如果b小于bmax，则更新窗口的左端点k为k-k+b+1，同时更新窗口步长b为原来的两倍，即b -2*b，然后继续进行下一个窗口能量检测判断过程，如果b大于b max，则将b重置为初始值；
[0020] 当检测到能量值大于相应的门限值，贝lj依次检测[k，k+b ]窗口范围内每一个子带 的能量，即Pk、Pk+1……Pk+b，并和单个子带对应的门限比较确定窗口范围内被占用的子频带 的位置，之后更新窗口左端点为k = k+b+l，更新b为初始值。
[0021] 6.使用新的参数循环步骤2-4;
[0022] 在更新完窗口参数之后进入步骤2-4的新一轮循环，直到完成目标宽带内的所有N 个子频带的检测，即当窗口的右端点为N时，不再进行下一轮循环。
[0023] 上述方案适用于认知无线电中的宽带频谱检测检测系统。
[0024] 本发明提出的基于模拟滤波器组的快速动态宽带频谱检测方案，利用了模拟设 备一一模拟滤波器组，同时根据所测窗口内能量值与门限值大小的比较，采用两种不同的 检测策略，实现有效解决宽带频谱检测中设备成本高，检测速度慢的问题。本发明相较现有 的宽带频谱检测方案主要有以下优点：
[0025] 1.利用模拟滤波器组，设备成本低；
[0026] 2.模拟滤波器组不影响总传感延迟，模拟滤波器的响应延迟只有约纳秒(ns)量 级；
[0027] 3.根据能量对比结果采用不同的检测策略，避免了逐个检测子频带，提高了检测 速度；
[0028] 4.方案不需要获得目标宽带的频带占用率这一先验信息，可以
[0029] 在检测过程中自适应的动态调整检测步长，优化策略，提高检测速度。
[0030] 5.该方案同样适用于高频检测。
【附图说明】
[0031] 图1是本发明方案思路简图。
[0032] 图2是本发明方案流程图。
【具体实施方式】
[0033] 下面通过附图和实施例，对本发明进行详细阐述。
[0034]结合流程图说明本发明方案的具体流程如下：
[0035]步骤201:用户初始化设定相关参数；
[0036] 用户可以划分子频带总个数N、起始检测步长b、起始检测窗口左端点k、最大步长 门限bmax;
[0037] 步骤202:判断是否结束检测；
[0038]判断窗口的左端点K是否大于子频带总个数N，如果大于，则进入步骤2012,反之， 进入步骤203;
[0039]步骤203:判断检测窗口右端点是否合理；
[0040]判断窗口的右端点k+b是否大于宽带的子带总数，如果右端点大于子频带总数，进 行步骤204;反之，进入步骤205;
[00411步骤204:修正右端点；
[0042]当窗口的有端点超过目标宽带时，要进行修正，将窗口的右端点修正为子频带的 最大值N;这一轮检测结束之后，不再进行下一轮循环；
[0043]步骤205:检测当前窗口范围内的能量P[k,k+b];
[0044]使用能量检测法检测当前窗口范围内的能量P[k,k+b];
[0049] SPP[k，k+b-1] =Pk+Pk+l+Pk+2^-----l~Pk+b-1〇
[0050] 步骤206:将P[k,k+b]与相应门限值Th[k,k+b]比较；
[00511当所检测到的能量值P[k,k+b]小于对应的门限值Th[k,k+b]时，执行步骤207;当检测到 能量值大于相应的门限值，则执行步骤2010;
[0052] 步骤207:判断当前步长b是否小于bmax;
[0053] 将当前的步长b与窗口步长的门限值bmax比较，当b小于bmax时，执行步骤208，反之， 执行步骤209;
[0054] 步骤208:更新检测窗口的左端点k，和窗口步长b;
[0055] 如果b小于bmax，则更新窗口的左端点k为k-k+b+1，同时更新窗口步长b为原来的 两倍，即b-2*b，然后继续进行下一个窗口能量检测判断过程，回到步骤202，当所有子频带 检测完毕，退出；
[0056]步骤209:将b重置为初始值；
[0057]如果b大于bmax，则将b重置为初始值，然后继续进行下一个窗口能量检测判断过 程，回到步骤202;
[0058]步骤2010:在窗口内逐个确定被占用子频带的位置；
[0059]当检测到能量值大于相应的门限值，则依次检测[k，k+b]窗口范围内每一个子带 的能量，即Pk、Pk+1……pk+b，并和单个子带对应的门限比较确定窗口范围内被占用的子频带 的位置;然后执行步骤2011;
[0060] 步骤2011:更新检测窗口的左端点k，和窗口步长b;
[0061] 当确定好上一个窗口内被占用子频带位置后，更新窗口左端点为k = k+b+l，更新b 为初始值;然后继续进行下一个窗口能量检测判断过程，回到步骤202;
[0062] 步骤2012:结束，退出检测；
[0063]窗口内所有子频带检测完毕，结束，退出检测。
【主权项】
1. 一种基于模拟滤波器组的快速动态宽带频谱检测方案，其特征在于： 用户初始化设定相关参数，包括设置子频带总个数N、起始检测步长b、起始检测窗口左 端点k、最大步长门限bmax; 确定窗口的右端点是否合理，判断窗口的右端点k + b是否大于宽带的子带总数，如果 是，则将窗口右端点调整为N，否则窗口右端保持不变； 设备正常工作，检测窗口内所有子频带的能量和P[k,k + b]，并和相应的能量门限值 Th[k,k+b]比较； 当所检测到的能量值P [k, k+b ]小于对应的门限值Th [ k, k+b ]时，继续判断当前的步长b，如果 b小于bmax，则更新窗口的左端点k为k-k+b+Ι，同时更新窗口步长b为原来的两倍，即b-2* b，然后继续进行下一个窗口能量检测判断过程，如果b大于bmax，则将b重置为初始值； 当检测到能量值大于相应的门限值，贝依次检测[k，k+b ]窗口范围内每一个子带的能 量，即Pk、Pk+1……Pk+b，并和单个子带对应的门限比较确定窗口范围内被占用的子频带的位 置，之后更新窗口左端点为k-k+b+Ι，更新b为初始值； 在更新完窗口参数之后循环进行自判断窗口右端点是否超过N到再一次更新窗口参数 的过程，直到检测完宽带内的所有N个子频带。2. 根据权利要求1所陈述的基于模拟滤波器组的快速动态宽带频谱检测方案，其特征 在于，适用于频带子占用率较低的稀疏宽带频谱检测系统。3. 根据权利要求1所陈述的基于模拟滤波器组的快速动态宽带频谱检测方案，其特征 在于子频带的划分由用户决定。4. 根据权利要求1所陈述的基于模拟滤波器组的快速动态宽带频谱检测方案，其特征 在于检测窗口内总能量的P[k,k+b]使用模拟滤波器组。
【文档编号】H04B17/382GK106027180SQ201610352254
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】何星亭, 谢刚, 侯宁宁
【申请人】北京邮电大学