专利名称：一种信号检测方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种信号检测方法和装置。
背景技术：
认知无线技术又叫认知无线电技术，是当前通信技术中的一个热门研究领域。由 于认知无线电设备能够感知到其所在空间的空闲频谱，并对所述空闲频谱加以利用，使得 频谱利用率得到提高。由于认知无线技术中，工作频带范围较大，通常需要在较宽的频带内 检测出微弱的窄带信号。因此频谱感知的高效性和正确性，对认知无线电系统的性能有很 大的影响。例如，电视(TV)频带内的无线麦克风信号，其传输功率在50mW左右，覆盖区域 在IOOm左右，占用带宽小于200KHZ，如何在较宽的频带范围内检测到这样微弱的窄带信号 就成为一个问题。现有技术提供了一种微弱信号检测方法，其利用混沌系统的状态转变来检测一个 频段内是否包含某特定频率的信号。所述方法基于这样的原理使一混沌系统处于混沌态， 将一段频谱输入此混沌系统，如果此段频谱可使得系统从混沌状态向有序状态转变，则表 明该频谱内包含信号；如果此段频谱不能使得系统从混沌状态向有序状态转变，则表明该 频谱内不包含信号。因此可将一段频谱输入处于混沌态的混沌系统并判断此系统是否依然 处于混沌状态，从而判断一个频段内是否包含信号或检测一个信号在频谱中的位置。发明人在实践现有技术过程中，发现现有技术至少存在以下问题现有技术没有 提供很好的自动判断混沌系统状态的方法，不利于实现信号检测。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种信号检测方法和装置，以方便地实现信号检 测。根据本发明的一实施例，提供一种信号检测方法，包括将待测频段输入处于混沌状态的混沌系统，得到所述待测频段的混沌系统输出结 果；将待测频段的混沌系统输出结果划分为多个区域；统计所述多个区域中存在相轨迹的区域数；当所述存在相轨迹的区域数小于第一门限或不存在相轨迹的区域数大于第二门 限时，判定所述待测频段内包含信号。根据本发明的又一实施例，提供一种信号检测装置，包括杜芬电路单元，被配置为处于混沌状态，并接收一待测频段，得到所述待测频段的 混沌系统输出结果；判断单元，用于将待测频段的混沌系统输出结果划分为多个区域，统计所述多个 区域中存在相轨迹的区域数，当所述存在相轨迹的区域数小于第一门限或不存在相轨迹的 区域数大于第二门限时，判定所述待测频段内包含信号。
根据对上述技术方案的描述，本发明实施例有如下优点通过将一待测频段输入混沌系统，并将混沌系统的输出结果划分为多个区域，根 据划分区域中存在相轨迹的区域数可自动判断出混沌系统的输出状态，从而方便地检测到 一段频段内是否包含信号，实现过程简单。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例需要使用的附图作 简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通 技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明的实施例一提供的一种信号检测方法的示意图；图2为本发明的实施例二提供的一种信号检测装置的示意图；图3为本发明的实施例三提供的又一种信号检测装置的示意图；图4a为本发明实施例提供的一段频谱经过滤波后形成多个待测频段的示意图；图4b为本发明实施例提供的一段频谱经过滤波后形成多个待测频段的另一示意 图；图5a为本发明实施例提供的混沌系统处于混沌态时的输出结果的示意图；图5b则为本发明实施例提供的混沌系统处于大尺度周期态时的输出结果的示意 图；图6a为本发明实施例提供的一种将混沌态输出结果划分为多个区域的示意图；图6b则为本发明实施例提供的一种将大尺度周期态输出结果划分为多个区域的 示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。图1为本发明的实施例一提供的一种信号检测方法的示意图，该方法包括Sll 将待测频段输入处于混沌状态的混沌系统，得到所述待测频段的混沌系统输 出结果；S12 将待测频段的混沌系统输出结果划分为多个区域；S13 统计所述多个区域中存在相轨迹的区域数；S14:当所述存在相轨迹的区域数小于第一门限或不存在相轨迹的区域数大于第 二门限时，判定所述待测频段内包含信号。上述实施例一通过将待测频段输入混沌系统，并将其混沌系统输出结果划分为多 个区域，当所述存在相轨迹的区域数小于第一门限或不存在相轨迹的区域数大于第二门限 时，表明所述混沌系统输出结果为大尺度周期态，则可以判定所述频段内包含信号。进一步地，在S12中，所述将待测频段的混沌系统输出结果划分为多个区域包括 将待测频段的混沌系统输出结果划分为MXM个矩形区域，M为大于1的整数。可以理解，输出结果的划分形状可以是其它形状。在一种具体实现中，将输出结果划分为MXM个矩形 区域是较佳选择。进一步地，所述方法还可包括对一输入频谱进行滤波处理，得到至少2个待测频段；对每个待测频段执行所述 信号检测，可得到每个待测频段是否包含信号的判定结果。当一段频谱包括很大一段频段范围时，难以判断其中是否包括信号，此时可将大 的频谱划分为多个待测频段，利用实施例一所述方法执行信号检测，从而判断出一段频谱 中哪些频段上包括信号。更进一步地，当判定一待测频段内包含信号后，可决定是否对包含信号的待测频 段执行进一步检测，所述进一步检测过程包括对包含信号的待测频段进行滤波处理，得到至少2个新的待测频段；针对每个新的待测频段执行信号检测，得到每个新的待测频段是否包含信号的判
定结果。在上述步骤中，可根据实际需求决定是否执行进一步检测，以提高检测的精确度。 例如，当一个待测频段被确定为包含信号，进一步检测可更精确地确定所包含的信号在此 待测频段中的位置。在针对新的待测频段执行信号检测时，可采用与首次检测相同的判定标准，即当 所述存在相轨迹的区域数小于第一门限或不存在相轨迹的区域数大于第二门限时，判定所 述待测频段内包含信号。针对新的待测频段的检测也可以采用不同的判定标准，实际应用 中可根据需求的不同而设定不同的门限，以判定混沌系统输出结果是否为大尺度周期态。 例如，在针对一新的待测频段执行信号检测的过程中，当所述存在相轨迹的区域数小于第 三门限或不存在相轨迹的区域数大于第四门限时，判定所述新的待测频段的混沌系统输出 结果为大尺度周期态且所述新的待测频段内包含信号。在一种具体实现中，第三门限可以是小于第一门限的，而第四门限可以大于第二 门限。由于在进一步检测过程中，由于对门限标准的设定更加严格，使得进一步检测得到的 结果可以更加精确。图2为本发明的实施例二提供的一种信号检测装置的示意图，该装置包括杜芬电路单元21，被配置为处于混沌状态，并接收待测频段，得到所述待测频段的 混沌系统输出结果；判断单元22，用于将待测频段的混沌系统输出结果划分为多个区域，统计所述多 个区域中存在相轨迹的区域数，当所述存在相轨迹的区域数小于第一门限或不存在相轨迹 的区域数大于第二门限时，判定所述待测频段内包含信号。上述信号检测装置可将待测频段输入混沌系统，并将其混沌系统输出结果划分为 多个区域，当所述存在相轨迹的区域数小于第一门限或不存在相轨迹的区域数大于第二门 限时，表明所述混沌系统输出结果为大尺度周期态，则可以判定所述频段内包含信号，判断 过程简单。图3为本发明的实施例三提供的又一种信号检测装置的示意图，所述装置包括N 个杜芬电路单元31与N个判断单元32。其中，N为大于1的整数；每个杜芬电路单元31与 每个判断单元32与实施例二中相关单元的功能相同。所述装置还包括滤波单元33，用于对一输入频谱进行滤波处理，得到至少N个待测频段；所述N个杜芬电路单元31分别接收 滤波单元33输出的N个待测频段；所述N个判断单元32分别得到N个待测频段内是否包 含信号的判断结果。进一步地，所述装置还包括处理单元34，用于决定是否对包含信号的待测频段执行进一步检测，当需要执行 进一步检测时，将包含信号的待测频段作为一个输入频谱输入滤波单元33 ；配置单元35，用于在处理单元34需要执行进一步检测时，根据包含信号的待测频 段对所述滤波单元33、杜芬电路单元31和判断单元32进行参数设定。当一个频段被判定 包含信号后，所述装置可对其执行进一步检测，可以进一步确定所包含的信号在频段中的 精确位置。在针对新的待测频段执行信号检测的过程中，当所述存在相轨迹的区域数小于 第三门限或不存在相轨迹的区域数大于第四门限时，可判定所述新的待测频段的混沌系统 输出结果为大尺度周期态且所述新的待测频段内包含信号。其中，第三门限可小于第一门 限，第四门限可大于第二门限，以满足更精确判定的需求。更进一步地，在该装置中，所述滤波单元33可具体包括N个滤波子单元331，N为 大于1的整数；所述每个滤波子单元331，用于对输入频谱进行滤波处理，得到一待测频段。再进一步地，所述装置还可包括输出单元36，被配置为在处理单元34决定不执 行进一步检测时，输出每个待测频段是否包含信号的判定结果；在处理单元34决定执行进 一步检测时，输出进一步检测得到的判定结果。下面结合附图3对本发明的具体实现进行详细介绍。当需要检测一段频谱中是否包含有信号时，可将该待检测的频谱输入滤波单元 33，滤波单元33可对所述频谱进行滤波，得到多个待测频段。所述滤波单元33可如图3所 示包括多个滤波子单元331，每个滤波子单元331为一个窄带滤波器，所述窄带滤波器的滤 波范围可通过所述配置单元35设定。每个窄带滤波器对频谱进行滤波后产生一个待测频 段，所述多个待测频段的频率范围不同。图4a为本发明实施例提供的一段频谱经过滤波后
形成多个待测频段的示意图，一段频谱A经过滤波后可得到al、a2.......an个待测频段。
为了避免出现漏检，所述多个待测频段之间也可以互相重叠，如图4b所示，此处不作为限 定。可以理解滤波单元33中可以只包含一个窄带滤波器，配置单元35可对其滤波范围进 行调整，使其在不同时刻输出多个频率范围不同的待测频段，这里同样不作为限定。当得到多个待测频段之后，每个待测频段可被输入至一个相应的杜芬电路单元31 内。所述杜芬(Duffing)电路单元31是一种包含混沌系统的电路单元，其初始状态被配置 为处于混沌态，其本地振荡频率和本地振荡幅值都可通过所述配置单元35进行设定。当一 个输入杜芬电路单元31的待测频段包含信号时，杜芬电路单元31能够感受哪怕是很微弱 的信号，并从混沌态向大尺度周期态转变，得到一个输出结果。下面将就如何判断杜芬电路单元31的输出结果进行具体说明。每个杜芬电路单元31的输出结果被送入一个相应的判断单元32，判断单元32可 将输出结果划分为多个区域，统计所述多个区域中存在相轨迹的区域数，当所述存在相轨 迹的区域数小于第一门限或不存在相轨迹的区域数大于第二门限时，判定所述待测频段的 混沌系统输出结果为大尺度周期态，即所述待测频段内包含信号。图5a为本发明实施例提供的混沌系统处于混沌态时的输出结果的示意图；图5b则为本发明实施例提供的混沌系统处于大尺度周期态时的输出结果的示意图。判断单元32 可将输出结果进行分割，得到多个区域，根据每个区域中输出结果的相轨迹进行记录。图6a 为本发明实施例提供的一种将混沌态输出结果划分为多个区域的示意图；图6b则为本发 明实施例提供的一种将大尺度周期态输出结果划分为多个区域的示意图。在图6a与图6b 的示意图中，多个区域被划分为矩形。可以理解，所述区域的划分形状可以是任意的，本实 施例为方便理解，以MXM个矩形区域为例进行说明。当一个区域中有相轨迹经过，将此区域状态记为1 ；当一个区域中没有相轨迹经 过，将此区域状态记为0。通过统计所有区域内1或0的数量可判断有多少区域中存在相轨 迹。实际应用中可设定一门限为人(|(1 = 11/妒，妒为划分出的区域数，当记录为0的区域数占 总的划分区域数的比例大于λ Μ，即不存在相轨迹的区域数大于n，则可判定所述混沌系统 输出结果为大尺度周期态，即待测频段内包含信号，这里的η相等于前面提到的第二门限。 判断混沌系统输出结果为混沌态的方法与此类似，当所述存在相轨迹的区域数大于第一门 限或不存在相轨迹的区域数小于第二门限时，判定所述待测频段的混沌系统输出结果混沌 态且所述待测频段内不包含信号。上述各门限值可根据实际使用需求而设定。处理单元34在得到每个待测频段是否包含信号的判定结果后，根据需求决定是 否对包含信号的待测频段执行进一步检测。对待测频段执行进一步检测可找出信号在待测 频段内的更精确位置。在执行进一步检测时，处理单元34将已经检测出的包含信号的待测 频段输入滤波单元33内，同时配置单元35根据该包含信号的待测频段的属性对所述述滤 波单元33、杜芬电路单元31和判断单元32进行参数设定。例如，配置单元35可重新设定 滤波单元33中多个滤波子单元331的滤波范围，使得多个滤波子单元331对待测频段进行 滤波处理后，得到多个新的待测频段。所述装置在对多个新的待测频段执行信号检测后，可 得到哪些新的待测频段内包括信号，从而进一步明确信号所在的频段的范围。配置单元35 可重新对杜芬电路单元31的本地振荡的频率和幅值进行设定，使得其能够适应更精确检 测的需求。同时配置单元35还可对判断单元32进行重新配置，使得在前后2次检测中，判 断单元32对杜芬电路单元31的输出结果的区域划分数量不同。例如，在进行首次检测时， 判断单元32可将杜芬电路单元31的输出结果划分为N个区域；在进行进一步检测时，判断 单元32可将杜芬电路单元31的输出结果划分为N’个区域，而N’可以不等于N。在前后2 次检测中，关于杜芬电路单元31的输出结果是大尺度周期态还是混沌态，所采用的判断标 准也可以是不同的。例如，在首次检测中，可设定一门限为Ald = 0.98，当存在相轨迹的区 域数与总划分区域数之比大于0. 98，即存在相轨迹的区域数大于0. 98Ν，则认为杜芬电路 单元31处于混沌态，这里的0. 98Ν相当于第一门限。通过此次判断，可找到仍然处于混沌 态的杜芬电路单元，从而找到并排除那些不包括信号的频段。在进一步检测过程中，可设定 一门限为λΜ = 0.8(Ν-2)2/Ν2，当不存在相轨迹的区域数与总划分区域数之比大于λΜ，即 不存在相轨迹的区域数大于0. 8 (Ν-2)2，则认为杜芬电路单元321处于大尺度周期态，从而 获知输入该杜芬电路单元31的频段是包含信号的，此处的0.8(Ν-2)2相当于第四门限。在 实际应用中，划分出的区域数N越大，则检测的的效果更精确，假设N趋近于无穷大，当杜芬 电路单元31进入大尺度周期态时，无相轨迹的区域面积Stl趋近于总区域面积S，即S/S趋 近于1 ；相反，当杜芬电路单元31进入混沌态时，ScZS趋近于0。划分的区域数N可根据实 际需求由配置单元35设定。
由于混沌系统需要一定时间才能进入稳定的混沌态或大尺度周期态，可在待测频 段被输入杜芬电路单元31 —段时间后，再将杜芬电路单元31的输出结果提供给相应判断 单元32。还可以通过判断单元32进行多次判定，并根据多次判定的结果求平均值得出最终 结果，此处不作为限定。配置单元35可以对杜芬电路单元31中的混沌系统进行配置，使其在进行检测前 进入到混沌状态。由于N个杜芬电路单元31输入的N个频段的频率不同，因此每个杜芬电 路单元31内的混沌系统本地振荡频率设置不同，每个杜芬电路单元31内的混沌系统本地 振荡幅值的设定也不同。配置单元35为杜芬电路单元31内的混沌系统设定本地振荡幅值 和本地振荡频率的过程可通过查找一幅值表实现。在该幅值表内可存有混沌系统不同输入 频段对应的本地振荡幅值与本地振荡频率。配置单元35根据输入杜芬电路单元31的频段 的频率特性，查表获得调整该杜芬电路单元31进入混沌态所需的本地振荡幅值与本地振 荡频率，以便对该杜芬电路单元31进行配置。在实际应用中，可通过首次检测发现一段频谱内是否包括信号，如果一段频谱内 包括有信号，该检测还可确定所述信号在频谱的哪一频段范围内。如果需要进一步检测，特 别是在信号为窄带信号，需要精确确定该窄带信号位置时，本实施例可进行多次后续检测， 通过后续多次检测确定信号在频谱中的更精确位置。上述装置实施例中，首次检测结果中 包含信号的频段被反馈给滤波单元33进行滤波、得到多个新频段、进行进一步检测，但在 实际应用中，可将多个检测装置进行级联，使前一个装置的检测结果输入后续检测装置中 以完成进一步检测，本实施例对此不进行限定。当最终的检测被完成时，检测装置的输出单 元36可输出最终的检测结果。本领域普通技术人员可以理解上述方法实施例中的全部或部分流程，是可以通过 计算机程序来指令相关硬件完成的，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该 程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光 盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory, ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory, RAM)等。综上所述，本发明实施例通过将频谱滤波得到多个频段以输入处于混沌态的混 沌系统，并将混沌系统的输出结果划分为多个区域，根据划分区域中存在相轨迹的区域数 可自动判断出混沌系统的输出状态，从而方便地获得频谱的哪些频段内包含信号的检测结 果，实现过程简单。所述实施例还可通过深入检测进一步明确所述信号在频段中的精确位 置，为精确探测包括微弱窄带信号在内的各种信号提供了方便。以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容 可以对本发明进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。
权利要求
一种信号检测方法，其特征在于，包括将待测频段输入处于混沌状态的混沌系统，得到所述待测频段的混沌系统输出结果；将待测频段的混沌系统输出结果划分为多个区域；统计所述多个区域中存在相轨迹的区域数；当所述存在相轨迹的区域数小于第一门限或不存在相轨迹的区域数大于第二门限时，判定所述待测频段内包含信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将待测频段的混沌系统输出结果划分 为多个区域包括将待测频段的混沌系统输出结果划分为MXM个矩形区域，M为大于一的整数。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括 对一输入频谱进行滤波处理，得到至少2个待测频段。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在判定一待测频段内包含信号后，决定是否 对包含信号的待测频段执行进一步检测，所述进一步检测过程包括对包含信号的待测频段进行滤波处理，得到至少2个新的待测频段； 针对每个新的待测频段执行信号检测，得到每个新的待测频段是否包含信号的判定结果。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在针对一新的待测频段执行信号检测的过 程中，当所述存在相轨迹的区域数小于第三门限或不存在相轨迹的区域数大于第四门限 时，判定所述新的待测频段内包含信号。
6.一种信号检测装置，其特征在于，包括杜芬电路单元，被配置为处于混沌状态，并接收待测频段，得到所述待测频段的混沌系 统输出结果；判断单元，用于将待测频段的混沌系统输出结果划分为多个区域，统计所述多个区域 中存在相轨迹的区域数，当所述存在相轨迹的区域数小于第一门限或不存在相轨迹的区域 数大于第二门限时，判定所述待测频段内包含信号。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置包括N个杜芬电路单元与N个判断 单元，N为大于1的整数；所述装置还包括滤波单元，用于对一输入频谱进行滤波处理，得到至少N个待测频段；所述N个杜芬电路单元分别接收滤波单元输出的N个待测频段； 所述N个判断单元分别得到N个待测频段内是否包含信号的判断结果。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括处理单元，用于决定是否对包含信号的待测频段执行进一步检测，当需要执行进一步 检测时，将包含信号的待测频段作为一个输入频谱输入到滤波单元。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括配置单元，用于在所述处理单元需要执行进一步检测时，根据包含信号的待测频段对 所述滤波单元、杜芬电路单元和判断单元进行参数设定。
10.如权利要求8或9所述的装置，其特征在于，还包括输出单元，被配置为在处理单元决定不执行进一步检测时，输出每个待测频段是否包含信号的判定结果；在处理单元决定执行进一步检测时，输出进一步检测得到的判定结果。
全文摘要
本发明实施例公开了一种信号检测方法和装置，所述方法包括将待测频段输入处于混沌状态的混沌系统，得到所述待测频段的混沌系统输出结果；将待测频段的混沌系统输出结果划分为多个区域；统计所述多个区域中存在相轨迹的区域数；当所述存在相轨迹的区域数小于第一门限或不存在相轨迹的区域数大于第二门限时，判定所述待测频段内包含信号。通过上述技术方案可检测待测频段上是否包含信号，实现过程简单。
文档编号H04B17/00GK101989882SQ200910109289
公开日2011年3月23日 申请日期2009年8月4日 优先权日2009年8月4日
发明者何官卿, 冯淑兰, 刘劲楠, 刘少辉, 张陆勇, 徐世辉, 王海光 申请人:华为技术有限公司;北京邮电大学