专利名称：一种基于偏差修正的能量检测方法
技术领域：
本发明属于认知无线电技术领域，具体涉及其中的能量检测方法。
背景技术：
随着无线业务的增长，频谱资源显得日渐稀缺，为了解决这一问题，研究者提出了认知无线电(Cognitive Radio, CR)技术。CR技术的前提是寻找到可用的频谱资源,频谱感知正是用来完成这一任务的关键技术。为了有效地避免认知无线电系统的信号对授权用户产生有害的干扰，要求频谱感知方法在低信噪比(Signal-to-Noise Ratio, SNR)下能够可靠地检测出授权用户信号来。在CR系统中能量检测(energy detection, ED)是一种简单易行的频谱感知方法，但是传统的ED技术在低信噪比下检测概率较低，不能很好地满足认知无线电技术的要求。 研究发现随机共振(Stochastic Resonance, SR)能够使信号得到增强并且能够抑制噪声。当输入的信号、噪声和SR系统相匹配时噪声的部分能量能够转移到信号上，使信号得到增强，噪声的得干扰得到削减，使输出的SNR得到显著的提高，于是把SR理论应用于频谱感知技术中，这样能够有效地提高频谱感知的性能。现有的把信号通过SR系统的处理然后直接进行能量检测的方法如下
[H " T j / )= S1 (VI.+" ( / )频谱感知的二元假设检验模型为j .；，其中，H1表示存在授权
用户信号的假设，Htl表示不存在授权用户信号的假设；r(t)表示要感知的接收信号，s(t)表示授权用户信号，n(t)表示均值为零、方差为< 的加性白高斯噪声(Additive WhiteGaussian Noise, AWGN)0在认知无线电的频谱感知中通常釆用如下的非线性Iangevin方程描述双稳态SR
系统=+冲)+ _),其中，V(x，t)是双稳态SR系统的势函数，其表达式为
atax
FCx) = -!x2+^t4，其中，a，b为SR系统参数，U0=a2/(4b)为势垒的高度，+ + 是 J 2 4土c = ±如0
SR系统的两个势讲点,把接收信号r(t)=s(t)+n(t)代入Iangevin方程中求解得到x(t),
x(t)通过能量检测，判断授权用户是否信号存在，即通过=计算得到检验统
计量T(r)，把T(r)与门限!■进行比较，判断授权用户信号是否存在。这里，N表示每次频谱感知所需的累积样本数。随机共振系统要求输入的信号周期成分的频率一般较小，一般采用了二次采样技术来降低大频率信号的频率，使其满足SR系统的要求。二次采样的基本原理是通过尺度变换因子R把高频信号变换成与随机共振系统相匹配的低频信号。R的作用原理是采样后的信号表示为51 (n) = Asm(2nrfcnAt + 然后进行如下处理
权利要求
1.一种基于偏差修正的能量检测方法，其特征在于，包括以下步骤 51.初始化参数所述参数包括，计算检验统计量所需的信号采样累积点数N;虚警概率Pf; 二次采样的尺度变换因子R ； 52.对输入信号进行尺度变换因子为R的二次采样，输出的信号记为r'(t)； 53.将步骤S2得到的r'(t)作为随机共振系统的输入信号，求解描述随机共振系统的Iangevin方程的输出信号x(t)； 54.求解步骤S3得到的x(t)的N个采样点的均值 55.利用步骤S4得到的N个采样点的均值J计算检验统计量T(x)，T(x)与预先设置的第一判决门限比较做出判决。
2.根据权利要求I所述的能量检测方法，其特征在于，步骤S5所述的计算检验统计量T(X)的过程如下 =，其中，x[n] =x(nRAt), At为接收信号r(t)的采样间隔。 n=l
3.根据权利要求I所述的能量检测方法，其特征在于，步骤SI所述的二次采样的尺度变换因子R具体通过如下过程得到 511.初始化二次采样参数所述参数具体包括二次采样尺度变换因子R，尺度变换因子的增加步长AR;随机共振的固有参数a，产生随机共振的参考频率fMf，fMf的计算偏移量Afref ;零频计算偏移量Afci ;频谱幅度比较系数m ； 512.确定SR系统参数b:所述SR系统通过Iangevin方程与^ = -— - —-I-.v(/) + //(/) dtdx $进行描述，其中，「⑴=-^2+^4，s⑴是授权用户信号；n(t)是均值为零方差为2的 2 4噪声。根据接收信号Ht)获得噪声方差￠7，其中，^0=8(0+11(0，然后由3和<的值确定参数b ； 513.将接收信号r(t)进行尺度变换因子为R的二次采样，得到信号W(t)； 514.信号W(t)通过Iangevin方程求得信号X(t)； 515.将X(t)做傅里叶变换，得到Z(f)，f为频率值，Z(f)即是在频率为f处的频谱幅度值；516.求[fref-A fref, fref+ A fref]或者[-fref- A fref, -fref+ A fref]范围内的 Z (f)的最大值，记为kref，求[-A f0, A fQ]范围内的Z (f)的最大值，记为Atl ； 517.如果Aref彡HiXAtl,则完成二次采样得到尺度变换因子R，否则将尺度变换因子R赋值为R与A R的和，g卩R=R+AR，转到步骤S13。
4.根据权利要求3所述的能量检测方法，其特征在于，步骤Sll所述的二次采样尺度变换因子R=I。
5.根据权利要求3所述的能量检测方法，其特征在于，步骤S12所述的由a和Cr的值确定的参数
6.一种基于偏差修正的能量检测方法，包括以下步骤 51.初始化参数所述参数包括，计算检验统计量所需的信号采样累积点数N;虚警概率Pf; 二次采样的尺度变换因子R ； 52.对大频率的信号进行尺度变换因子为R的二次采样，输出的信号记为r'(t)； 53.将步骤S2得到的r'(t)作为随机共振系统的输入信号，求解描述随机共振系统的Iangevin方程的输出信号x(t)； 54.求解步骤S3得到的X(t)的N个采样点的最大值Xmax和最小值Xmin ； 55.利用步骤S4得到的最大值Xmax和最小值Xmin计算检验统计量T(X)，T(X)与预先设置的第二判决门限比较做出判决。
7.根据权利要求6所述的能量检测方法，其特征在于，步骤S5所述的计算检验统计量T(X)的过程如下T (X) = | Xmax-Xmin|2。
8.根据权利要求6所述的能量检测方法，其特征在于，步骤SI所述的二次采样的尺度变换因子R具体通过如下过程得到 . 511.初始化二次采样参数所述参数具体包括二次采样尺度变换因子R，尺度变换因子的增加步长AR;随机共振的固有参数a，产生随机共振的参考频率fMf，fMf的计算偏移量Aftrf ;零频计算偏移量Aftl ;频谱幅度比较系数m ; . 512.确定SR系统参数b:所述SR系统通过Iangevin方程
9.根据权利要求8所述的能量检测方法，其特征在于，步骤Sll所述的二次采样尺度变换因子R=I。
10.根据权利要求8所述的能量检测方法，其特征在于，步骤S12所述的由a和<的值确定的参数
全文摘要
本发明公开了一种基于偏差修正的能量检测方法，具体先把大频率的接收信号r(t)经过二次采样处理，降为小频率的信号r′(t)，然后输入SR系统输出为x(t)，最后对x(t)进行基于偏差修正处理求得检验统计量T(x)，T(x)与门限比较做出判决。本发明的方法有效地消除了SR系统输出信号的直流分量，使得检测性能得到了提高，特别是在低SNR下表现出良好的性能，并且有效的抑制了噪声不确定性对频谱感知性能的影响，很好的满足了CR系统的要求；并且在计算二次采样的尺度变换因子时，本发明的方法又通过频谱幅度值的反馈来调节二次采样的尺度变换因子，从而把输入的授权用户信号变换到自适应随机共振系统易于产生随机共振的频率，使输出信噪比增益达到最大。
文档编号H04B17/00GK102710347SQ20121014032
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月8日 优先权日2012年5月8日
发明者张少文, 李少谦, 王军, 钟鸣 申请人:电子科技大学