專利名稱：一種基于多天線Friedman檢驗(yàn)的認(rèn)知無(wú)線電頻譜感知方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中的頻譜感知技術(shù)，尤其是涉及一種基于多天線Friedman檢驗(yàn)的認(rèn)知無(wú)線電頻譜感知方法。
背景技術(shù)：
隨著無(wú)線通信業(yè)務(wù)的快速增長(zhǎng)，人們對(duì)頻譜資源的需求量不斷提高，頻譜資源缺乏的現(xiàn)象變得越來(lái)越嚴(yán)重。一方面，無(wú)線通信業(yè)務(wù)的快速發(fā)展和各種系統(tǒng)、協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)的不斷出現(xiàn)，使得更多的人需要使用無(wú)線電頻譜；另ー方面，許多頻段已經(jīng)分配給了授權(quán)用戶，非授權(quán)用戶只能使用那些沒(méi)有被授權(quán)的頻段，而沒(méi)有被授權(quán)的頻段又是十分稀缺的?，F(xiàn)有 的固定的頻譜資源分配策略使得頻譜資源利用率低下是造成這種現(xiàn)象的主要原因之一。認(rèn)知無(wú)線電(Cognitive Radio, CR)技術(shù)能夠有效提高頻譜資源利用率,是實(shí)現(xiàn)頻譜資源動(dòng)態(tài)分配的主要方案之一。頻譜感知是認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)中的重要組成部分，其可以有效防止采用認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的無(wú)線通信業(yè)務(wù)對(duì)在同一頻段中的其它無(wú)線通信業(yè)務(wù)產(chǎn)生干擾，因此頻譜感知的性能直接關(guān)系到無(wú)線通信業(yè)務(wù)的質(zhì)量?，F(xiàn)有的頻譜感知方法主要有能量檢測(cè)法、循環(huán)特征檢測(cè)法、協(xié)方差矩陣檢測(cè)法、特征值檢測(cè)法等。其中，能量檢測(cè)法和循環(huán)特征檢測(cè)法需分別預(yù)先知道精確的噪聲功率和信號(hào)循環(huán)特征頻率，當(dāng)這些先驗(yàn)信息不足時(shí)會(huì)導(dǎo)致感知性能大大下降，然而在實(shí)際中無(wú)法獲得這些先驗(yàn)信息；在多天線的情況下，協(xié)方差矩陣檢測(cè)法和特征值檢測(cè)法能夠利用多根天線接收信號(hào)之間的時(shí)域相關(guān)性來(lái)實(shí)現(xiàn)頻譜感知，但是在實(shí)際應(yīng)用中，為了獲得分集増益，多根天線接收信號(hào)之間的時(shí)域相關(guān)性較低甚至不相關(guān)，此時(shí)協(xié)方差矩陣檢測(cè)法和特征值檢測(cè)法就會(huì)失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于多天線Friedman檢驗(yàn)的認(rèn)知無(wú)線電頻譜感知方法，其無(wú)需預(yù)知精確的噪聲功率，且當(dāng)多根天線接收信號(hào)之間的時(shí)域相關(guān)性較低甚至不相關(guān)時(shí)均能獲得良好的感知性能。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為一種基于多天線Friedman檢驗(yàn)的認(rèn)知無(wú)線電頻譜感知方法，其特征在于包括以下步驟①假設(shè)認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中有M根接收天線接收時(shí)域連續(xù)的射頻信號(hào)，則將M根接收天線接收到的時(shí)域連續(xù)的射頻信號(hào)表示為時(shí)間t的函數(shù)，將第i根接收天線接收到的時(shí)域連續(xù)的射頻信號(hào)表示為Xi (t)，其中，i e [1，M]，M彡2;②分別對(duì)每根接收天線接收到的時(shí)域連續(xù)的射頻信號(hào)進(jìn)行下變頻，再分別對(duì)經(jīng)下變頻處理后得到的各個(gè)時(shí)域連續(xù)的射頻信號(hào)進(jìn)行N次時(shí)域采樣，得到每根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)，每根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)由N個(gè)時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)構(gòu)成，將M根接收天線各自對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)表示為時(shí)域采樣序號(hào)η的函數(shù)，將第i根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)表示為Xi (η)，將第i根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)Xi (η)中的第η'個(gè)時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)表示為Xi (n')，其中，I彡η彡N，n' e [1，N]，N表示時(shí)域采樣點(diǎn)數(shù)，N > 15 ;③分別對(duì)每根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)中的各個(gè)時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)先進(jìn)行取模，后進(jìn)行求平方的操作，得到每根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)中的各個(gè)時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)的瞬時(shí)功率，將第i根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)Xi (η)中的第n'個(gè)時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)的瞬時(shí)功率記為ri(n' ), ri(n/ ) = |Xi(n' )|2，然后對(duì)M根接收天線各自對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)中在每個(gè)同一時(shí)域采樣時(shí)刻的M個(gè)時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)的瞬時(shí)功率進(jìn)行大小比較，再根據(jù)比較結(jié)果從小到大給M根接收天線各自對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)中在各個(gè)同一時(shí)域采樣時(shí)刻的M個(gè)時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)的瞬時(shí)功率重新賦值，所賦數(shù)值對(duì)應(yīng)為I到M，最后分別計(jì)算每根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)中的所有時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)經(jīng)重新賦值后的瞬時(shí)功率的平均值，將第i根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)Xi (η)中的所有時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)經(jīng)重新賦值后的瞬時(shí)功率的平均值記 為;^ = >ΣΜ)，其中，W ) = |Xi(n' ) I2中的符號(hào)“ I I”為取模運(yùn)算符號(hào)；④根據(jù)每根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)中的所有時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)經(jīng)重新賦值后的瞬時(shí)功率的平均值，計(jì)算Friedman檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，記為T(mén)FT，
τ滅4ぃ_丁)
Fr_ MxiM+ 1) ，⑤根據(jù)虛警概率和Friedman檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量Tft,計(jì)算判決門(mén)限，記為λπ，λρτ = F^1(I-Pf),其中，Pf表示虛警概率，F(xiàn)^1(I-Pf)為FQ-Pf)的反函數(shù)，
F(\-Pf)= [(l_P/) f(TPT ，f (Tft)表示自由度為M-I的卡方分布的概率密度函數(shù)，
(M-I) ΧΤρτ 2 Χβ ΤΡΤ>2Τρτ>°
/(Tft) = I2-，
2
、O其他
Γ(( 2 )) =Xe-tCit，t 表示積分變量；⑥比較Friedman檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量Tft和判決門(mén)限λ FT的大小,如果Friedman檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量Tft大于或等于判決門(mén)限λ FT，則判定其它無(wú)線通信業(yè)務(wù)正占用頻段，否則，判定其它無(wú)線通信業(yè)務(wù)未占用頻段。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)利用多根接收天線接收時(shí)域連續(xù)的射頻信號(hào)，然后對(duì)時(shí)域連續(xù)的射頻信號(hào)進(jìn)行下變頻、時(shí)域采樣處理得到時(shí)域離散的基帶信號(hào)，對(duì)時(shí)域離散的基帶信號(hào)進(jìn)行取模和求平方得到信號(hào)的瞬時(shí)功率，再利用Friedman檢驗(yàn)方法對(duì)不同天線同一時(shí)域采樣時(shí)刻的瞬時(shí)功率進(jìn)行比較，按比較結(jié)果從小到大對(duì)應(yīng)賦值I到M，接著計(jì)算Friedman檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量,最后通過(guò)比較Friedman檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量與判決門(mén)限的大小,判定是否有其它無(wú)線通信業(yè)務(wù)占用頻段，實(shí)現(xiàn)頻譜感知，且頻譜感知性能好。本發(fā)明方法不僅克服了已有的能量檢測(cè)法要求精確預(yù)知噪聲功率的缺陷，而且也克服了協(xié)方差矩陣檢測(cè)法在多根天線接收信號(hào)之間的時(shí)域相關(guān)性較低或不相關(guān)時(shí)頻譜感知失效的缺點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明的頻譜感知方法的流程框圖；圖2為不同信噪比下本發(fā)明方法與能量檢測(cè)法和協(xié)方差矩陣檢測(cè)法的頻譜感知性能比較示意圖；圖3為天線之間不相關(guān)時(shí)不同虛警概率下本發(fā)明方法與現(xiàn)有的協(xié)方差矩陣檢測(cè)法的頻譜感知性能比較示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)描述。本發(fā)明提出的一種基于多天線Friedman檢驗(yàn)的認(rèn)知無(wú)線電頻譜感知方法,其流程框圖如圖I所示，其包括以下步驟①假設(shè)認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中有M根接收天線接收時(shí)域連續(xù)的射頻信號(hào)，則將M根接收天線接收到的時(shí)域連續(xù)的射頻信號(hào)表示為時(shí)間t的函數(shù)，將第i根接收天線接收到的時(shí)域連續(xù)的射頻信號(hào)表示為Xi (t)，其中，i e [1，M]，M彡2。②分別對(duì)每根接收天線接收到的時(shí)域連續(xù)的射頻信號(hào)進(jìn)行下變頻，再分別對(duì)經(jīng)下變頻處理后得到的各個(gè)時(shí)域連續(xù)的射頻信號(hào)進(jìn)行N次時(shí)域采樣，得到每根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)，每根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)由N個(gè)時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)構(gòu)成，將M根接收天線各自對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)表示為時(shí)域采樣序號(hào)η的函數(shù)，將第i根接收天線對(duì)應(yīng)的 時(shí)域離散的基帶信號(hào)表示為Xi (η)，將第i根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)Xi (η)中的第η'個(gè)時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)表示為Xi (n')，其中，I彡η彡N，n' e [1，N]，N表示時(shí)域采樣點(diǎn)數(shù)，N > 15。③分別對(duì)每根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)中的各個(gè)時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)先進(jìn)行取模，后進(jìn)行求平方的操作，得到每根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)中的各個(gè)時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)的瞬時(shí)功率，將第i根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)Xi (η)中的第n'個(gè)時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)的瞬時(shí)功率記為ri(n' ), ri(n/ ) = |Xi(n' )|2，然后對(duì)M根接收天線各自對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)中在每個(gè)同一時(shí)域采樣時(shí)刻的M個(gè)時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)的瞬時(shí)功率進(jìn)行大小比較，再根據(jù)比較結(jié)果從小到大給M根接收天線各自對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)中在各個(gè)同一時(shí)域采樣時(shí)刻的M個(gè)時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)的瞬時(shí)功率重新賦值，所賦數(shù)值對(duì)應(yīng)為I到M，最后分別計(jì)算每根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)中的所有時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)經(jīng)重新賦值后的瞬時(shí)功率的平均值，將第i根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)Xi (η)中的所有時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)經(jīng)重新賦值后的瞬時(shí)功率的平均值記
為;^ = >Σ^>')，其中，W ) = |Xi(n' ) I2中的符號(hào)“ I I”為取模運(yùn)算符號(hào)。將M根
接收天線各自對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)中的所有時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)經(jīng)重新賦值后的瞬
時(shí)功率的平均值組成ー個(gè)序列;:--該序列的均值為^■，該序列的方差為ち纟。
'ス…な，2UN④根據(jù)每根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)中的所有時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)經(jīng)重新賦值后的瞬時(shí)功率的平均值，計(jì)算Friedman檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，記為T(mén)FT，
權(quán)利要求
1.一種基于多天線Friedman檢驗(yàn)的認(rèn)知無(wú)線電頻譜感知方法,其特征在于包括以下步驟 ①假設(shè)認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中有M根接收天線接收時(shí)域連續(xù)的射頻信號(hào)，則將M根接收天線接收到的時(shí)域連續(xù)的射頻信號(hào)表示為時(shí)間t的函數(shù)，將第i根接收天線接收到的時(shí)域連續(xù)的射頻信號(hào)表示為Xi (t)，其中，i e [1，M]，M≥2 ; ②分別對(duì)每根接收天線接收到的時(shí)域連續(xù)的射頻信號(hào)進(jìn)行下變頻，再分別對(duì)經(jīng)下變頻處理后得到的各個(gè)時(shí)域連續(xù)的射頻信號(hào)進(jìn)行N次時(shí)域采樣，得到每根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)，每根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)由N個(gè)時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)構(gòu)成，將M根接收天線各自對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)表示為時(shí)域采樣序號(hào)η的函數(shù)，將第i根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)表示為Xi (η)，將第i根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)Xi (η)中的第η'個(gè)時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)表示為Xi (n')，其中，I彡η彡N，n' e [1，N]，N表示時(shí)域采樣點(diǎn)數(shù)，N > 15 ; ③分別對(duì)每根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)中的各個(gè)時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)先進(jìn)行取模，后進(jìn)行求平方的操作，得到每根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)中的各個(gè)時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)的瞬時(shí)功率，將第i根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)Xi(η)中的第n'個(gè)時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)的瞬時(shí)功率記為A (n' ), ri(n/ ) = |Xi(n' )|2，然后對(duì)M根接收天線各自對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)中在每個(gè)同一時(shí)域采樣時(shí)刻的M個(gè)時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)的瞬時(shí)功率進(jìn)行大小比較，再根據(jù)比較結(jié)果從小到大給M根接收天線各自對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)中在各個(gè)同一時(shí)域采樣時(shí)刻的M個(gè)時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)的瞬時(shí)功率重新賦值，所賦數(shù)值對(duì)應(yīng)為I到M，最后分別計(jì)算每根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)中的所有時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)經(jīng)重新賦值后的瞬時(shí)功率的平均值，將第i根接收天線對(duì)應(yīng)的時(shí)域離散的基帶信號(hào)Xi (η)中的所有時(shí)域采樣點(diǎn)的信號(hào)經(jīng)重新賦值后的瞬時(shí)功率的平均值記為
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于多天線Friedman檢驗(yàn)的認(rèn)知無(wú)線電頻譜感知方法，通過(guò)利用多根接收天線接收時(shí)域連續(xù)的射頻信號(hào)，然后對(duì)時(shí)域連續(xù)的射頻信號(hào)進(jìn)行下變頻、時(shí)域采樣處理得到時(shí)域離散的基帶信號(hào)，對(duì)時(shí)域離散的基帶信號(hào)先取模再求平方得到瞬時(shí)功率，再利用Friedman檢驗(yàn)方法對(duì)不同天線同一時(shí)域采樣時(shí)刻的瞬時(shí)功率進(jìn)行比較，按比較結(jié)果從小到大對(duì)應(yīng)賦值1到M，接著計(jì)算Friedman檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，最后通過(guò)比較Friedman檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量與判決門(mén)限的大小，判定是否有其它無(wú)線通信業(yè)務(wù)占用頻段，實(shí)現(xiàn)頻譜感知，且感知性能好，本方法不僅克服了已有的能量檢測(cè)法要求精確預(yù)知噪聲功率的缺陷，而且克服了協(xié)方差矩陣檢測(cè)法在多根天線接收信號(hào)之間的時(shí)域相關(guān)性較低或不相關(guān)時(shí)頻譜感知失效的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04B17/00GK102710345SQ20121013000
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者李有明, 王剛, 王曉麗, 王炯滔, 金明, 陳杰輝 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)