专利名称：基于检测率与虚警率加权合并的能量检测器的检测方法
技术领域：
本发明涉及无线通信中的无线频谱感知与检测技术，更具体地说涉及一种在无线 信道环境下基于检测率与虚警率加权合并的能量检测器的检测方法。
背景技术：
当前，日益增长的频谱需求和有限的频谱资源之间的矛盾日显突出，严重制约了 无线通信业务的发展。但从实际无线频谱运营情况来看，已分配(授权)的无线频谱在时 间和空间上存在着相当程度的闲置，根据对无线频谱的测量数据报告，大部分无线频段的 频谱使用率仅在10%左右。如何有效解决频谱资源稀缺与频谱使用率低之间的矛盾成为无 线通信中的关键技术。赋予认知功能的无线电(CR)被公认为高效利用无线频谱的有效技 术手段。CR技术的核心则是通过动态频谱感知来探测“频谱空洞”，合理占用临时可用频 段，并根据感知信息自适应、动态地改变自身信号发射功率、发射频率、调制方式等传输参 数以规避正在通信的主用户(授权用户)。它要求次用户(CR用户)通过感知周围无线环 境、改变自身传输参数以保证不对现存的主用户产生任何干扰。正是这种能迅速改变自身 传输参数的特征使得CR技术被认为是未来通信的“下一次革命”。在频谱兼容性和互操作 性变得越来越困难的今天，兼有物理层(PHY)和网络层(MAC)感知功能的CR技术被寄予了 厚望。正确感知和检测周围无线环境是CR工作的前提。常见的频谱检测器有匹配滤波 检测器、能量检测器、循环平稳特征检测器、小波检测器和协方差检测器等。其中，能量检测 器实现简单，无需信号的先验知识，只需测量频域或时域上一段观测空间内接收信号的总 能量就可以判决是否有授权用户出现，是目前应用最广的一种频谱检测方法。现有的能量检测器是基于恒定虚警率准则或恒定检测率准则而设计的。这种能 量检测器判决门限动态范围很小，甚至在低信噪比环境下没有可选择的判决门限，无法同 时满足无线认知系统对无线频谱检测率和虚警率的要求，影响了无线频谱感知和检测的性 能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有能量检测器其检测方法之不足而设计的一种基 于检测率与虚警率加权合并的能量检测器的检测方法，以解决频谱检测方法中判决门限动 态范围小的难题，实现无线环境下快速、准确、有效的信号频谱感知与检测。上述目的通过下述技术方案予以实现对周围环境存在着的无线频谱信号进行两种假设不存在无线频谱信号x(t)的 H0和存在无线频谱信号χ (t)的H1H0 :y(t) = n(t)H1 :y(t) = x(t)+n(t)
n(t)表示加性高斯噪声，x(t)表示已授权的无线频谱信号，在T时间段内接收到 的信号7(0，0<〖<1\对信号y(t)中是否存在信号x(t)进行检测，其特征在于包括下 列步骤1)设置加权因子，根据认知系统对频谱检测率Pd与虚警率Pfa的要求，设置检测率 加权因子α和虚警率加权因子β，0彡α彡1，0彡β彡1;2)合并算法，根据系统传输速率要求和信道噪声大小及上述加权因子，对检测率 Pd和虚警率&进行加权合并，形成目标函数ρ(γ)；3)计算判决门限，设置P(Y)的目标优化函数，由该目标优化函数获得能量检测 的判决门限Y ；4)能量计算，由平方器和积分器计算在OStST时间内所接收信号y(t)的能量 E ；5)判决，判决器根据所述判决门限Y和所述信号y(t)的能量E，进行差值比较， 如E-γ >0，y(t)中存在信号x(t) JI^BE-Y <0，y(t)中不存在信号χ (t)。上述方法进一步的设计在于，所述加权合并算法包括线性加权合并算法P(Y)= α Pd+β (I-Pfa)、P(Y) = α (I-Pd)+ β PfaW及非线性加权合并算法尸⑴=^<+卯力』。上述方法进一步的设计在于，合并算法P(Y) = α Pd+β (I-Pfa)和 Ρ{γ) = 以Μ「Ρ(力为目标优化函数，合并算法P ( Y ) = α (I-Pd) + β 以 Μ}η Ρ(”为目标优化函数，得到最佳判决门限。
权利要求
1.基于检测率与虚警率加权合并的能量检测器的检测方法，对周围环境存在着的无线 频谱信号进行两种假设不存在无线频谱信号X (t)的Htl和存在无线频谱信号x(t)的氏H0 :y(t) = n(t)H1 :y(t) = x(t)+n(t)n(t)表示加性高斯噪声，x(t)表示已授权的无线频谱信号，在T时间段内接收到的信 号7(0，0<1<1\对信号7(0中是否存在信号x(t)进行检测，其特征在于包括下列步 骤1)设置加权因子，根据认知系统对频谱检测率Pd与虚警率&的要求，设置检测率加权 因子α和虚警率加权因子β，0≤α≤1，0≤β≤1 ；2)合并算法，根据系统传输速率要求和信道噪声大小及上述加权因子，对检测率Pd和 虚警率&进行加权合并，形成目标函数Ρ(γ)；3)计算判决门限，设置P(Y)的目标优化函数，由该目标优化函数获得能量检测的判 决门限Y ；4)能量计算，由平方器和积分器计算在OStST时间内所接收信号y(t)的能量E ；5)判决，判决器根据所述判决门限Y和所述信号y(t)的能量E，进行差值比较，如 E-Y >0，y(t)中存在信号x(t)
2.根据权利要求1所述的基于检测率与虚警率加权合并的能量器的检测方法，其特征 在于所述加权合并算法P(Y)包括线性加权合并算法P(Y) = α Pd+β (I-Pfa), Ρ( y )=α (I-Pd) + β Pfa以及非线性加权
3.根据权利要求2所述的基于检测率与虚警率加权合并的能量器的检测方法，其特征 在于以合并算法P(Y)的，或，“”为目标优化函数，得到最佳判决门限。
4.根据权利要求3所述的基于检测率与虚警率加权合并的能量器的检测方法，其特征 在于合并算法P(Y) = α Pd+β (I-Pfa)和
5.根据权利要求4所述的基于检测率与虚警率加权合并的能量器的检测方法，其特征 在于采用线性加权合并算法的最佳判决门限为
6.根据权利要求5所述的基于检测率与虚警率加权合并的能量器的检测方法，其特征 在于所述接收信号y(t)能量的计算既可以在时域中进行，也可以在频域中进行。
全文摘要
本发明涉及基于检测率与虚警率加权合并的能量检测器的检测方法。不存在无线频谱信号x(t)的假设H0和存在线频谱信号x(t)的假设H1，对接收到的信号y(t)中是否存在信号x(t)进行检测，包括下列步骤1)设置检测率加权因子和虚警率加权因子；2)对检测率Pd和虚警率Pfa进行加权合并形成目标函数P(γ)；3)设置P(γ)为目标优化函数，由该目标优化函数获得能量检测的判决门限γ；4)由平方器和积分器计算在0≤t≤T时间内所接受信号y(t)的能量E；5)判决器根据所述判决门限γ和所述信号y(t)能量E的差值进行判决，判定是否存在信号x(t)。优点是能根据系统对检测率和虚警率的不同要求灵活调整能量检测器的判决门限，判决门限动态范围大，信号感知与检测准确率高；系统结构简单，检测时间短，可适用于任何信号的频谱检测。
文档编号H04B17/00GK102148650SQ201010205018
公开日2011年8月10日 申请日期2010年6月21日 优先权日2010年6月21日
发明者包志华, 张士兵, 张昊晔 申请人:南通大学