本發(fā)明一種無線通信與信號檢測領(lǐng)域，尤其涉及認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中一種基于噪聲方差估計的多門限頻譜感知方法。
背景技術(shù)：
認(rèn)知無線電(Cognitive Radio,CR)作為一種動態(tài)的頻譜再利用技術(shù)，可以提高頻譜利用率，有效利用資源，其發(fā)展受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。在認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中，認(rèn)知用戶/次用戶(SU)首先通過主動檢測授權(quán)頻譜中是否存在主用戶(PU)，當(dāng)特定的頻段中不存在主用戶時，認(rèn)知設(shè)備通過重配置其參數(shù)來利用頻譜空洞。當(dāng)PU再一次出現(xiàn)時，SU應(yīng)該及時的騰出頻譜給PU使用，以減小對PU的干擾。因此，頻譜檢測算法應(yīng)具有很好的可靠性和檢測速度的快速性。常見的頻譜檢測技術(shù)有：匹配濾波器檢測、能量檢測、循環(huán)平穩(wěn)特征檢測、協(xié)作頻譜感知和多天線檢測。其中能量檢測實行簡單和較低的復(fù)雜度被廣泛應(yīng)用于頻譜感知中。然而能量檢測器門限的選取是依靠噪聲方差。在實際的環(huán)境中，噪聲功率是隨著時間和位置在一定范圍內(nèi)變化的。小的噪聲不確定性將會導(dǎo)致檢測性能的顯著下降。因此，能量檢測噪聲不確定現(xiàn)象，直接影響了檢測性能的魯棒性。
目前抵抗噪聲不確定性的方法有聯(lián)合檢測、雙門限能量檢測、自適應(yīng)頻譜檢測等。但是，沒有針對估計噪聲功率進(jìn)行能量檢測的方法。大多數(shù)能量檢測的方法都是一開始就給定了噪聲的不確定性參數(shù)。而本方法能較為精確的估計噪聲方差不確定區(qū)間，從而自適應(yīng)地動態(tài)設(shè)置多門限判決門限，且具有較好的檢測性能，特別是在復(fù)雜環(huán)境下，克服了噪聲不確定性對能量檢測門限設(shè)定的影響。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在解決以上現(xiàn)有技術(shù)的問題。提出了一種高效、準(zhǔn)確地感知空閑頻譜的基于噪聲方差估計的多門限頻譜感知方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種基于噪聲方差估計的多門限頻譜感知方法，其包括精確感知的步驟和快速感知的步驟：在精確感知周期中，采用最大似然估計的方法對噪聲功率進(jìn)行估計；在快速感知周期中，運用估計出的噪聲功率對認(rèn)知用戶自適應(yīng)地設(shè)定多個判決門限；最后，認(rèn)知用戶根據(jù)設(shè)定的多個判決門限進(jìn)行能量檢測，得到最終的頻譜感知結(jié)果。
進(jìn)一步的，所述精確感知階段的具體步驟為：
A1、將認(rèn)知用戶接收到的信號進(jìn)行A/D變換，得到抽樣樣本值；
A2、將樣本值送入K×M分組器，得到K組，每組M個樣本值；
A3、將每一組樣本值單獨進(jìn)行最大似然估計求其方差值，得到K個方差估計值；
A4、根據(jù)弱大數(shù)定理，得到噪聲不確定性區(qū)間的估計值。
進(jìn)一步的，快速感知階段的具體步驟為：
B1、給出噪聲方差不確定性區(qū)間的估計值與實際值之間的誤差區(qū)間；
B2、根據(jù)誤差區(qū)間，分別取n個噪聲方差不確定性區(qū)間的上邊界值和下邊界值，得到對應(yīng)的兩組判決門限的高低門限值；
B3、將這兩組判決門限送入快速感知周期中，與認(rèn)知用戶(SU)快速感知到的統(tǒng)計量T進(jìn)行比較。
B4、最后將所有判決結(jié)果采用majority準(zhǔn)則融合得到SU最終的本地判決結(jié)果。
進(jìn)一步的，所述步驟A4根據(jù)弱大數(shù)定理，分別得到噪聲不確定性方差的估計值、估計方差值與實際方差值之間存在的誤差值。具體包括：假設(shè)K很大但不趨于無窮大時，得到噪聲方差不確定性估計區(qū)間為：
其中，和分別表示噪聲方差不確定性區(qū)間的估計下邊界值和上邊界值，表示噪聲的標(biāo)稱方差，表示噪聲方差不確定性區(qū)間上邊界的估計誤差，ξ表示噪聲方差不確定性區(qū)間下邊界的估計誤差，和分別表示噪聲方差不確定性區(qū)間的實際下邊界值和上邊界值。
進(jìn)一步的，步驟B1中實際噪聲方差與估計噪聲方差邊界值的誤差區(qū)域為：
其中對ξ的估計方法：
同理：
進(jìn)一步的，所述步驟B2中n為5，即分別取5個噪聲方差不確定性區(qū)間的上邊界值和下邊界值為：和
進(jìn)一步的，所述步驟B2所述兩組判決門限的高低門限值為；
其中，λH1、λH2、3、λH4、5分別表示給出的5個高判決門限，λL1、λL2、3、λL4、5分別表示給出的5個低判決門限，N表示認(rèn)知用戶對接收到的信號進(jìn)行采樣后的采樣點數(shù)，Pf表示虛警概率，Q-1表示反正態(tài)高斯互補積分函數(shù)。
本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果如下：
本發(fā)明為了解決噪聲方差不確定性環(huán)境下的能量檢測性能，類似IEEE802.22草案，我們采用的是兩步感知方案，包括精確感知和快速感知。而估計噪聲門限在第一步的精確感知周期進(jìn)行。由于噪聲功率在數(shù)分鐘內(nèi)是保持不變的，因此，在精確感知周期估計的噪聲功率可以應(yīng)用于快速感知周期門限的設(shè)定。
本發(fā)明在噪聲不確定性的環(huán)境下，對噪聲區(qū)間進(jìn)行了一個估計，然后根據(jù)估計的噪聲自適應(yīng)地設(shè)定多個判決門限值對認(rèn)知用戶接收到的信號進(jìn)行判決，最后采用majority準(zhǔn)則融合得到SU最終的本地判決結(jié)果，很好地解決了實際無線環(huán)境中噪聲不確定性的問題，從而提升了感知的準(zhǔn)確性，使得頻譜的利用率得到了顯著的提升。
本發(fā)明在結(jié)合實際的無線復(fù)雜環(huán)境下，對認(rèn)知無線電的頻譜感知過程中出現(xiàn)的噪聲不確定性進(jìn)行了一個精確的估計，并且在根據(jù)估計區(qū)間值設(shè)定多個高低判決門限對能量檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行融合判決，使得本方法能夠更好地適應(yīng)實際的復(fù)雜無線環(huán)境，并且能夠更好地克服噪聲不確定性對整個感知性能的影響。本方法更具有實用價值。
附圖說明
圖1是本發(fā)明提供優(yōu)選實施例基于噪聲方差估計的多門限頻譜感知方法的流程示意圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、詳細(xì)地描述。所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例。
如圖1所示：我們采用的是兩步感知方案，包括精確感知和快速感知。而估計噪聲門限在第一步的精確感知周期進(jìn)行。由于噪聲功率在數(shù)分鐘內(nèi)是保持不變的，因此，在精確感知周期估計的噪聲功率可以應(yīng)用于快速感知周期門限的設(shè)定。
精確感知階段的具體步驟為：
步驟1：精確感知周期將接收信號y(t)進(jìn)行A/D變換，得到抽樣樣本為Y1,Y2,...,YK×M，相應(yīng)的樣本值為將樣本值送入K×M分組器，得到K組，每組M個樣本值。任意一組樣本值為：yj1,yj2,...,yjM(j＝1,2,…,K)。
步驟2：將第j(j＝1,2,…,K)組樣本值單獨進(jìn)行最大似然估計求其方差值
這樣可以得到K個的估計值
步驟3：根據(jù)弱大數(shù)定理，是相互獨立的，服從的均勻分布，具有數(shù)學(xué)期望則對于任意ε>0有：
其中
所以得到當(dāng)K趨于無窮時有：
由公式(7)知：
結(jié)合公式(3)和公式(4)可計算得到和如下：
但在實際中K不可能取無限大。因為K越大，復(fù)雜度越高，檢測時間就越長，留給SU傳輸?shù)臅r間就越小。為此，假設(shè)K很大但不趨于無窮大時，得到噪聲方差不確定性估計區(qū)間為：
快速感知階段的具體步驟為：
步驟一：由于有限的采樣值，造成估計的噪聲方差區(qū)間與實際的噪聲方差區(qū)間存在一個誤差。所以實際噪聲方差與估計噪聲方差邊界值的誤差區(qū)域為：
其中對ξ的估計方法：
同理：
步驟二：我們可以分別取5個噪聲方差不確定性區(qū)間的上邊界值和下邊界值為：和從而得到兩組判決門限，分別為：
步驟三：將這兩組判決門限送入快速感知周期中，與SU快速感知到的統(tǒng)計量T進(jìn)行比較，最后將所有判決結(jié)果采用majority準(zhǔn)則融合得到SU最終的本地判決結(jié)果。
以上這些實施例應(yīng)理解為僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護范圍。在閱讀了本發(fā)明的記載的內(nèi)容之后，技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。