基于多电平的序列检测与识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，特别设及一种基于多电平的序列检测与识别方 法，可用于认知无线电中的频谱感知与识别。
【背景技术】
[0002] 随着无线和移动通信的迅速发展，日益增长的无线频谱需求与有限的频谱资源之 间的矛盾已经成为当前无线通信行业的突出矛盾，然而与此同时，又存在着大量授权的频 谱被闲置或者利用率极低的现象。在运种现状下，认知无线电的概念应运而生。认知无线 电的核屯、思想是在已授权的频段内寻找空闲频谱，在不影响授权用户正常通信的前提下， 允许认知用户能够感知、识别并接入当前空闲的频段，从而大幅提高频谱利用率。它包含了 频谱感知、动态频谱分配和无线频谱管理=大关键技术，其中频谱感知技术因为其基础性 作用而成为研究的热点。
[0003] 频谱感知的作用是尽量快而准确地检测未被授权用户占用的频段。目前频谱感知 技术中主要的信号检测方法包括匹配滤波器检测法、能量检测法、循环平稳检测法W及特 征值检测法等算法。但是W上检测算法都假设授权用户在发送信号时，仅使用一个固定的 功率电平值。然而，在实际信号传输过程当中，授权用户有可能工作在多个不同的功率电平 值W适应不同的通信环境，例如802. 11协议、LTE协议、LTE-A协议等都规定了此类通信机 审IJ。因此在运种通信环境下，次级用户应该有效且准确地识别授权用户的发送功率电平值， 并且在对授权用户不造成干扰的前提下，自适应地选择自身的传输功率来进行通信，W此 来提高频谱利用率。
[0004] 目前已有部分检测算法考虑运种实际的信号传输过程。F.Gao,J.Li,T.Jiang,W. Chen等人在其发表的论文"Sensingandrecognitionwhenprimaryuserhasmultiple transmitpowerlevels"（IEEETrans.SignalProcess.,vol.63,no.10,pp. 2704 -2717，May. 2015.)中考虑了授权用户有多个功率电平值的情况，并基于多假设判决推出了 判决域的闭式表达式。Q.Lv,H.Qian,F.Gao,F.Hu等人在其发表的论文"Multipleantenna basedsensingandrecognitionwhenprimaryuserhasmultipletransmitpower levels"（2015IEEEInternationalConferenceonCommunic曰tions(ICC),vol. ,no. ,LO NDON.UK,pp. 7504 - 7508,化ne2015.)中考虑了授权用户有多个功率电平值的情况下，基 于特征值检测的多天线技术。上述研究均假设次用户得到固定点数的样本后即进行判决。 而运种采样方法不能解决频谱利用率和可靠性之间的矛盾，即频谱利用率高就会导致不可 靠，可靠性高则会导致低的频谱利用率。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在提出一种基于多电平的序列检测与识别方法，W解决上述现有技 术存在的频谱利用率与可靠性之间的矛盾。
[0006] 为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：
[0007] I. -种基于多电平的序列检测与识别方法，包括：
[0008] (1)定义授权用户为获得频谱使用权的用户，次级用户为识别授权用户的工作电 平且没有获得频谱使用权的用户；
[0009] (2)假设授权用户的工作电平为P,，设置次级用户识别出授权用户的工作电平为 ?1的错误判决概率为？^口北;），1^￡{0，恥1声^'且口1<口14，口。=〇表示授权用户不 存在，N为授权用户存在时工作电平的种类数；
[0010] (3)次级用户的接收端对接收到的信号进行不间断采样，得到采样信号：Xm= [x( ti)，...，X(tk)，. . .，X(tM)]，若授权用户的工作电平为Pi，则Xm的各个分量均服从均值为0、 方差为//^ +式的复高斯分布，其中x(tk)为第K个采样信号，丫为信道增益， 为噪声方差，M为采样信号点数；
[0011] (4)对采样信号Xm的各个分量取模并平方相加，得到检验统计量：
[001引妨计算第i种工作电平Pi的判决域巧(巧：
[0013] 5. 1)次级用户认为授权用户的工作电平为Pi的判决准则：
[0014] 定义P狂JPi)表示当授权用户的工作电平为Pi时其采样信号Xm的概率密度函数； P狂MIP.，）表示当授权用户的工作电平为P，时其采样信号XM的概率密度函数；
[0015]若对于任意的jG，N}，j声i，都有
[0017] 则次级用户认为授权用户的工作电平为Pi,其中na，）是与Pi和P,有关的口限 值；
[001引 5.。根据5. 1)中的判决准则和步骤似中设置的概率约束值，求得与P郝P,有 关的口限值
[001引 5.扣根据5.1)中的判决准则和5.。中的口限值na,)，计算第i种工作电平Pi 的左口限值巫（M，i，ji)和右口限值O (M，i，jf);
[002引 5. 4)根据上述左口限值O(M，i，ji)和右口限值O(M，i，jf)计算第i种工作电平 Pi的判决域馬,巧）
[0023]
[0024] 做根据检验统计量Tog和判决域原W巧)判决授权用户的工作电平：
[00幼若TOgG[0,O(M，0,jr)]，则授权用户不存在；
[002引若TOgG[0 (M，i，ji)，O(M，i，jr)]则授权用户的电平值为Pi;
[0027] 若TOgG[0 (M，i，ji)，+ -)，则授权用户的电平值为Pn;
[002引若TOg没有落入5. 4)中的任何一个判决区间，则令M=M+1，由次级用户的接收 端再接收下一个信号x(tMu)，重复步骤（3)-(6)直至判出授权用户的工作电平为止。
[0029] 本发明具有W下优点：
[0030] 1)本发明不仅可W检测出授权用户的存在与否，还能检测出授权用户的工作电 平，从而使次级用户可W选择相应的干扰口限进行工作，运样既不影响授权用户的工作，又 可W让次级用户获得较大的传输功率。
[0031] 2)本发明由于对接收信号边采样边判决，比固定检测更为灵活，因此在达到与固 定检测相同的性能时所需的感知时间远小于固定检测的时间，因此可W解决频谱利用率和 可靠性之间的矛盾，即在可靠性一定的情况下，最大化频谱利用率。
【附图说明】
[0032] 图1是本发明的实现流程图；
[0033]图2是本发明与现有固定点数的多电平检测与识别方法的性能比较图。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图对本发明进行详细说明。
[0035] 随着无线通信技术的不断发展，频谱资源的使用日趋频繁，无线频谱的紧缺限制 无线通信的持续发展，认知无线电通过对授权频谱进行"二次利用"的方式可W有效解决频 谱资源缺乏的问题，成为了近年来无线通信领域的一个研究热点。
[0036] 然而在无线电环境中由于存在固有衰落和阴影，一些非常微弱的主信号需要被迅 速且可靠地感知到，为了使出现误判的几率减小，即保护授权用户的正常通信，感知所需的 时间一般较长，降低了频谱利用率。本发明正是解决多电平检测与识别中的可靠性和高频 谱利用率无法同时满足的问题。
[0037]参照图1，本发明的实现步骤如下：
[0038] 步骤1，定义授权用户和次级用户。
[0039] 授权用户，是指获得了频谱使用权的用户；
[0040] 次级用户，是指识别授权用户工作电平且自己没有获得频谱使用权的用户。
[0041] 步骤2,设置次级用户的错误判决概率。
[0042] 假设授权用户的工作电平为P，，设置次级用户识别出授权用户的工作电平为Pi的 错误判决概率为Pr化IPj)，i，jG{0,N}，i声j且Pi<PW，授权用户不存在的情况用P。= O表示，N为授权用户存在时工作电平的种类数。
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