一种基于多天线瞬时功率的频谱感知方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种认知无线电系统中的频谱感知技术，尤其是设及一种基于多天线 瞬时功率的频谱感知方法。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信业务的快速增长，人们对频谱资源的需求量不断提高，频谱资源缺 乏的现象变得越来越严重。一方面，无线通信业务的快速发展和各种系统、协议、网络的不 断出现，使更多的人需要使用无线电频谱；另一方面，许多频段已经分配给了授权用户，非 授权用户只能使用那些没有被授权的频段，而没有被授权的频段又是十分稀缺的，现有的 固定的频谱资源分配策略的频谱资源利用率低下是造成该种现象的主要原因之一。认知无 线电（CognitiveRadio,CR)技术能够有效提高频谱资源利用率，是实现频谱资源动态分配 的主要方案之一。频谱感知是认知无线电技术中的重要组成部分，其可W有效防止采用认 知无线电技术的无线通信业务对在同一频段中的其它无线通信业务产生干扰，频谱感知的 性能直接关系到无线通信业务的质量。
[0003] 现有的频谱感知方法主要有能量检测法、循环特征检测法、协方差矩阵检测法、特 征值检测法等。在该些方法中，能量检测法需要知道噪声功率，循环特征检测法需要知道授 权用户信号的循环频率。当不知道噪声功率和授权用户信号的循环频率时，能量检测法和 循环特征检测法的频谱感知性能会严重下降。在多天线的情况下，协方差矩阵检测法和特 征值检测法能够利用接收信号之间的相关性来实现频谱感知，但是在实际应用中，为了获 得分集增益，接收信号之间的相关性较低甚至不相关，此时该两种方法的频谱感知性能较 差。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于多天线瞬时功率的频谱感知方法，其 频谱感知性能良好。
[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为；一种基于多天线瞬时功率的频谱 感知方法，其特征在于包括W下步骤：
[0006] ①假设认知无线电系统中有M根接收天线均用于接收时域连续的射频信号，其 中，M表示认知无线电系统中的接收天线的总数，M> 2 ;
[0007] ②对每根接收天线接收到的时域连续的射频信号进行下变频处理，得到每根接收 天线接收到的时域连续的射频信号对应的时域连续的基带信号；然后对每根接收天线接收 到的时域连续的射频信号对应的时域连续的基带信号进行时域采样处理，得到每根接收天 线接收到的时域连续的射频信号对应的时域离散的基带信号，将第i根接收天线接收到的 时域连续的射频信号对应的时域离散的基带信号中的第n个时域采样时刻的时域采样点 的采样值记为Xi，。，其中，i= 1，2,…，M，n= 1，2,…，N，N表示时域采样处理的采样点数， N> 15 ;
[000引⑨计算每根接收天线接收到的时域连续的射频信号对应的时域离散的基带信号 中的每个时域采样时刻的时域采样点的瞬时功率，将第i根接收天线接收到的时域连续的 射频信号对应的时域离散的基带信号中的第n个时域采样时刻的时域采样点的瞬时功率 记为r;,。，(IXiJ)2,其中，符号"II"为取绝对值符号；
[0009] ④计算在每同一时域采样时刻的M个时域采样点的瞬时功率中值最大的瞬时功 率与值最小的瞬时功率的功率差值，将在第n个时域采样时刻的M个时域采样点的瞬时功 率中值最大的瞬时功率与值最小的瞬时功率的功率差值记为q。，
【主权项】
1. 一种基于多天线瞬时功率的频谱感知方法，其特征在于包括以下步骤： ① 假设认知无线电系统中有M根接收天线均用于接收时域连续的射频信号，其中，M表 示认知无线电系统中的接收天线的总数，M多2; ② 对每根接收天线接收到的时域连续的射频信号进行下变频处理，得到每根接收天线 接收到的时域连续的射频信号对应的时域连续的基带信号；然后对每根接收天线接收到的 时域连续的射频信号对应的时域连续的基带信号进行时域采样处理，得到每根接收天线接 收到的时域连续的射频信号对应的时域离散的基带信号，将第i根接收天线接收到的时域 连续的射频信号对应的时域离散的基带信号中的第n个时域采样时刻的时域采样点的采 样值记为xi;n，其中，i= 1，2,…，M，n= 1，2,…，N，N表示时域采样处理的采样点数，15 ; ③ 计算每根接收天线接收到的时域连续的射频信号对应的时域离散的基带信号中的 每个时域采样时刻的时域采样点的瞬时功率，将第i根接收天线接收到的时域连续的射频 信号对应的时域离散的基带信号中的第n个时域采样时刻的时域采样点的瞬时功率记为 ri,n，ri,n= (|Xi,n|)2,其中，符号"| |"为取绝对值符号； ④ 计算在每同一时域采样时刻的M个时域采样点的瞬时功率中值最大的瞬时功率与 值最小的瞬时功率的功率差值，将在第n个时域采样时刻的M个时域采样点的瞬时功率中
中，max()为取最大值函数，min()为取最小值函数；然后对N个时域采样时刻各自对应 的功率差值按从小到大的顺序进行排序，再将数值1到N共N个正整数--对应赋值给按 从小到大的顺序排序后的N个功率差值，将在第n个时域采样时刻的M个时域采样点的瞬 时功率中值最大的瞬时功率与值最小的瞬时功率的功率差值重新赋值后的值记为qn' ； ⑤ 对在每同一时域采样时刻的M个时域采样点的瞬时功率按从小到大的顺序进行排 序，再将数值1到M共M个正整数一一对应赋值给每同一时域采样时刻的按从小到大的顺 序排序后的M个瞬时功率，将第i根接收天线接收到的时域连续的射频信号对应的时域 离散的基带信号中的第n个时域采样时刻的时域采样点的瞬时功率重新赋值后的值记为 ri;n ;
⑦ 根据虚警概率Pf及认知无线电系统中的接收天线的总数M和时域采样处理的采样 点数N，计算判决门限，记为A，A的值是自由度为（M-l，（N-I)X(M-I))的F分布的IPf 分位点的值，其中，〇 <PfS1; ⑧ 比较检验统计量T与判决门限A的大小，如果T多A，则判定其它无线通信业务正 占用频段；如果T〈X，则判定其它无线通信业务未占用频段。
【专利摘要】本发明公开了一种基于多天线瞬时功率的频谱感知方法，其利用多根接收天线接收时域连续的射频信号，然后对每个时域连续的射频信号进行下变频、时域采样得到时域离散的基带信号，接着计算每个时域离散的基带信号中的每个时域采样时刻的时域采样点的瞬时功率，再用在每同一时域采样时刻的多个时域采样点的瞬时功率及值最大与值最小的瞬时功率的功率差值的排序并重新赋值的结果来计算检验统计量，最后通过比较检验统计量与判决门限的大小，判定是否有其它无线通信业务占用频段，实现频谱感知；优点是频谱感知性能良好，且克服了能量检测法需要知道噪声功率的缺陷，也克服了特征值检测法在接收信号之间的相关性较低或不相关时频谱感知性能较差的缺点。
【IPC分类】H04B17-20, H04B7-08
【公开号】CN104821852
【申请号】CN201510195623
【发明人】金明
【申请人】宁波大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月22日