CN103560838B - 一种抑制直流偏置的能量检测方法 - Google Patents

一种抑制直流偏置的能量检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103560838B
CN103560838B CN201310500891.2A CN201310500891A CN103560838B CN 103560838 B CN103560838 B CN 103560838B CN 201310500891 A CN201310500891 A CN 201310500891A CN 103560838 B CN103560838 B CN 103560838B
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
sampled
direct current
detection method
signals
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201310500891.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103560838A (zh
Inventor
金明
李有明
王炯滔
金光
王刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo University
Original Assignee
Ningbo University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo University filed Critical Ningbo University
Priority to CN201310500891.2A priority Critical patent/CN103560838B/zh
Publication of CN103560838A publication Critical patent/CN103560838A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103560838B publication Critical patent/CN103560838B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Monitoring And Testing Of Transmission In General (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种抑制直流偏置的能量检测方法，其利用感知节点对监测信道的信号进行采样，得到采样信号，然后对采样信号中相邻的两个采样点的信号进行差分操作，得到采样信号中相邻的两个采样点的信号的差分信号，接着计算所有差分信号的总能量，最后通过比较所有差分信号的总能量与判决门限的大小，判定在该监测信道内有无授权用户信号实现频谱感知，且频谱感知性能高；另一方面，由于在计算判决门限时，只需要知道噪声功率和虚警概率，而不需要知道直流偏置的功率，这样当直流偏置的功率增加时，本发明方法的频谱感知性能并不会下降，但当直流偏置的功率大于噪声功率的四分之一时，本发明方法具有比现有的能量检测方法更好的频谱感知性能。

Description

一种抑制直流偏置的能量检测方法
技术领域
本发明涉及一种认知无线电系统中的频谱感知技术，尤其是涉及一种抑制直流偏置的能量检测方法。
背景技术
随着智能手机等移动设备的大量涌现，人们对无线数据流量的需求量越来越大。无线数据流量的增加必须有大量的频谱带宽提供支撑，然而，在实际中可用于无线通信的频谱资源是有限的。经过近几十年的无线通信快速发展，这些可供使用的频谱资源大部分已经被分配给了特定的授权用户。也就是说，即使这些频谱资源处于空闲状态，非授权用户也不能使用它，导致大量的非授权用户在竞争着少量的非授权频段的资源。种种现象表明，现在的频谱资源越来越紧缺。然而研究表明，被分配给授权用户的频谱资源的利用率非常低。授权频段在空间和时间上的资源利用率在15%到85%之间，其利用率非常不平衡。如果在不干扰授权用户的前提下，能够允许非授权用户接入授权频段，那么就能够有效缓解频谱资源紧缺的问题。认知无线电的提出为提高频谱利用率提供了一个可行的思路，其能够有效利用已被分配但是处于空闲状态的频谱资源。为了防止对授权用户产生不可接受的干扰，同时能够有效检测出处于空闲状态的频谱资源，频谱感知成了认知无线电中的关键技术之一。
常见的频谱感知方法有能量检测方法、相关矩阵检测法、循环平稳特征检测法等。其中，能量检测方法由Urkowitz等人在1967年发表的《Energy Detection of UnknownDeterministic Signals》（未知确定信号的能量检测方法）中提出。Urkowitz等人提出的能量检测方法具有实现简单、计算量小等特点。最近，随着认知无线电的兴起，大量文献对Urkowitz等人提出的能量检测方法的频谱感知性能进行了详细的分析，如F.Digham等人在2007年发表的《On the Energy Detection of Unknown Signals Over FadingChannels》（衰落信道下未知信号的能量检测方法）。在实际情况中，接收机存在直流偏置（直流偏置是射频信号下变频过程中，由本振信号的自混频产生），直流偏置会降低能量检测方法的频谱感知性能，而Urkowitz等人提出的能量检测方法并没有考虑并解决直流偏置问题，导致其频谱感知性能不佳。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效地抑制直流偏置，提高频谱感知性能的能量检测方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种抑制直流偏置的能量检测方法，其特征在于它的处理过程为：首先，利用感知节点对监测信道的信号进行采样，得到采样信号；然后，对采样信号中相邻的两个采样点的信号进行差分操作，得到采样信号中相邻的两个采样点的信号的差分信号；接着，计算所有差分信号的总能量；最后，通过比较所有差分信号的总能量与判决门限的大小，判定在该监测信道内有无授权用户信号，实现频谱感知。
本发明的抑制直流偏置的能量检测方法，它具体包括以下步骤：
①在认知无线电中，利用感知节点对监测信道的信号进行N次采样，得到由N个采样点的信号构成的采样信号，将采样信号中的第n个采样点的信号记为x(n)，其中，N≥2，1≤n≤N；
②对采样信号中相邻的两个采样点的信号进行差分操作，得到采样信号中相邻的两个采样点的信号的差分信号，将采样信号中的第m+1个采样点的信号x(m+1)与第m个采样点的信号x(m)的差分信号记为y(m)，y(m)=x(m+1)-x(m)，其中，1≤m≤N-1；
③计算采样信号对应的所有差分信号的总能量，记为T，
④比较T与判决门限λ，如果T>λ，则判定在监测信道内有授权用户信号，如果T≤λ，则判定在监测信道内没有授权用户信号，其中，λ=2σ2F-1(Pf)，σ2表示感知节点的噪声功率，Pf表示虚警概率，0≤Pf≤1，F-1(Pf)表示的逆函数，f(z)表示自由度为N-1的卡方分布的概率密度函数，z为积分变量。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明方法先获取采样信号中相邻的两个采样点的信号的差分信号，再通过比较所有差分信号的总能量与判决门限的大小来判定监测信道内有无授权用户信号实现频谱感知，且频谱感知性能高；另一方面，由于在计算判决门限时，只需要知道噪声功率和虚警概率，而不需要知道直流偏置的功率，这样当直流偏置的功率增加时，本发明方法的频谱感知性能并不会下降，但当直流偏置的功率大于噪声功率的四分之一时，本发明方法具有比Urkowitz等人提出的能量检测方法更好的频谱感知性能。
附图说明
图1为本发明方法的流程框图；
图2为当直流偏置的功率等于噪声功率的四分之一时，本发明方法和Urkowitz等人提出的能量检测方法的频谱感知性能的比较示意图；
图3为当直流偏置的功率等于噪声功率时，本发明方法和Urkowitz等人提出的能量检测方法的频谱感知性能的比较示意图；
图4为当直流偏置的功率等于噪声功率的二倍时，本发明方法和Urkowitz等人提出的能量检测方法的频谱感知性能的比较示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明提出的一种抑制直流偏置的能量检测方法，其流程框图如图1所示，其处理过程为：首先，利用感知节点对监测信道的信号进行采样，得到采样信号；然后，对采样信号中相邻的两个采样点的信号进行差分操作，得到采样信号中相邻的两个采样点的信号的差分信号；接着，计算所有差分信号的总能量；最后，通过比较所有差分信号的总能量与判决门限的大小，判定在该监测信道内有无授权用户信号，实现频谱感知。
本发明的能量检测方法具体包括以下步骤：
①在认知无线电中，利用感知节点对监测信道的信号进行N次采样，得到由N个采样点的信号构成的采样信号，将采样信号中的第n个采样点的信号记为x(n)，其中，N≥2，如取N=3000，1≤n≤N。
②对采样信号中相邻的两个采样点的信号进行差分操作，得到采样信号中相邻的两个采样点的信号的差分信号，将采样信号中的第m+1个采样点的信号x(m+1)与第m个采样点的信号x(m)的差分信号记为y(m)，y(m)=x(m+1)-x(m)，其中，1≤m≤N-1。
③计算采样信号对应的所有差分信号的总能量，记为T，
④比较T与判决门限λ，如果T>λ，则判定在监测信道内有授权用户信号，如果T≤λ，则判定在监测信道内没有授权用户信号，其中，λ=2σ2F-1(Pf)，σ2表示感知节点的噪声功率，σ2的值可以通过现有的技术手段估计得到，在本发明方法中直接假设σ2=1，Pf表示虚警概率，0≤Pf≤1，F-1(Pf)表示的逆函数，f(z)表示自由度为N-1的卡方分布的概率密度函数，z为积分变量。
通过以下仿真以进一步说明本发明方法的可行性和有效性。
假设感知节点对监测信道的信号进行N=3000次采样，感知节点的噪声功率为σ2=1，授权用户信号功率与噪声功率比为1/10。当直流偏置的功率等于噪声功率的四分之一时，对于不同的虚警概率，本发明方法和Urkowitz等人提出的能量检测方法的检测概率如图2所示。从图2中可以看出，对于不同的虚警概率，本发明方法和Urkowitz等人提出的能量检测方法的检测概率相同，这表明此时两种方法具有相同的频谱感知性能。当直流偏置的功率等于噪声功率时，对于不同的虚警概率，本发明方法和Urkowitz等人提出的能量检测方法的检测概率如图3所示。从图3中可以看出，本发明方法具有比Urkowitz等人提出的能量检测方法更好的频谱感知性能。当直流偏置的功率等于噪声功率的二倍时，对于不同的虚警概率，本发明方法和Urkowitz等人提出的能量检测方法的检测概率如图4所示。从图4中可以看出，本发明方法具有比Urkowitz等人提出的能量检测方法更好的频谱感知性能。比较图2、图3和图4中的曲线可以得出，本发明方法的频谱感知性能不会随着直流偏置的功率的增加而变化，而Urkowitz等人提出的能量检测方法的频谱感知性能会随着直流偏置的功率的增加而下降。

Claims (2)

1.一种抑制直流偏置的能量检测方法，其特征在于它的处理过程为：首先，在认知无线电中，利用感知节点对监测信道的信号进行N次采样，得到由N个采样点的信号构成的采样信号，将采样信号中的第n个采样点的信号记为x(n)，其中，N≥2，1≤n≤N；然后，对采样信号中相邻的两个采样点的信号进行差分操作，得到采样信号中相邻的两个采样点的信号的差分信号；接着，计算所有差分信号的总能量；最后，比较所有差分信号的总能量T与判决门限λ，如果T>λ，则判定在监测信道内有授权用户信号，如果T≤λ，则判定在监测信道内没有授权用户信号，实现频谱感知。
2.根据权利要求1所述的一种抑制直流偏置的能量检测方法，其特征在于它具体包括以下步骤：
①在认知无线电中，利用感知节点对监测信道的信号进行N次采样，得到由N个采样点的信号构成的采样信号，将采样信号中的第n个采样点的信号记为x(n)，其中，N≥2，1≤n≤N；
②对采样信号中相邻的两个采样点的信号进行差分操作，得到采样信号中相邻的两个采样点的信号的差分信号，将采样信号中的第m+1个采样点的信号x(m+1)与第m个采样点的信号x(m)的差分信号记为y(m)，y(m)＝x(m+1)-x(m)，其中，1≤m≤N-1；
③计算采样信号对应的所有差分信号的总能量，记为T，
④比较T与判决门限λ，如果T>λ，则判定在监测信道内有授权用户信号，如果T≤λ，则判定在监测信道内没有授权用户信号，其中，λ＝2σ2F-1(Pf)，σ2表示感知节点的噪声功率，Pf表示虚警概率，0≤Pf≤1，F-1(Pf)表示的逆函数，f(z)表示自由度为N-1的卡方分布的概率密度函数，z为积分变量。
CN201310500891.2A 2013-10-22 2013-10-22 一种抑制直流偏置的能量检测方法 Expired - Fee Related CN103560838B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310500891.2A CN103560838B (zh) 2013-10-22 2013-10-22 一种抑制直流偏置的能量检测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310500891.2A CN103560838B (zh) 2013-10-22 2013-10-22 一种抑制直流偏置的能量检测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103560838A CN103560838A (zh) 2014-02-05
CN103560838B true CN103560838B (zh) 2015-04-29

Family

ID=50015008

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310500891.2A Expired - Fee Related CN103560838B (zh) 2013-10-22 2013-10-22 一种抑制直流偏置的能量检测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103560838B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108023648A (zh) * 2017-11-02 2018-05-11 南京邮电大学 一种基于多任务群智感知的协作频谱感知方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101815312A (zh) * 2010-03-30 2010-08-25 南京邮电大学 一种基于自适应数据融合的协作频谱检测方法
CN101944930A (zh) * 2010-07-16 2011-01-12 北京交通大学 一种能量检测的方法和装置
US8031807B2 (en) * 2006-11-10 2011-10-04 Qualcomm, Incorporated Systems and methods for detecting the presence of a transmission signal in a wireless channel
CN102291341A (zh) * 2011-07-08 2011-12-21 南京邮电大学 基于压缩感知的宽带频谱感知方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101152572B1 (ko) * 2010-12-28 2012-06-01 포항공과대학교 산학협력단 최적의 부사용자 수를 결정할 수 있는 인지무선 협력 스펙트럼 센싱 방법 및 융합 센터

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8031807B2 (en) * 2006-11-10 2011-10-04 Qualcomm, Incorporated Systems and methods for detecting the presence of a transmission signal in a wireless channel
CN101815312A (zh) * 2010-03-30 2010-08-25 南京邮电大学 一种基于自适应数据融合的协作频谱检测方法
CN101944930A (zh) * 2010-07-16 2011-01-12 北京交通大学 一种能量检测的方法和装置
CN102291341A (zh) * 2011-07-08 2011-12-21 南京邮电大学 基于压缩感知的宽带频谱感知方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Energy Detection of Unknown Deterministic Signals;HARRY URKOWITZ;《PROCEEDINGS OF THE IEEE》;19670430;第55卷(第4期);第523页-第531页 *
基于广义特征值的合作频谱感知方法;金明,李有明,高洋;《通信学报》;20130131;第34卷(第1期);第105页-第120页 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108023648A (zh) * 2017-11-02 2018-05-11 南京邮电大学 一种基于多任务群智感知的协作频谱感知方法
CN108023648B (zh) * 2017-11-02 2020-10-16 南京邮电大学 一种基于多任务群智感知的协作频谱感知方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103560838A (zh) 2014-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101951274A (zh) 低复杂度的合作频谱感知方法
CN108322277B (zh) 一种基于协方差矩阵反特征值的频谱感知方法
CN103297159A (zh) 一种频谱感知方法、频谱感知装置
CN103220052A (zh) 一种认知无线电中检测频谱空洞的方法
CN105978644B (zh) 基于布谷鸟搜索算法的星地认知系统频谱接入方法
CN107276696A (zh) 一种低信噪比条件下信号检测算法
CN102013928A (zh) 一种认知无线电系统中的快速频谱感知方法
CN103888201B (zh) 一种利用空间分集的协作频谱感知方法
CN104821852A (zh) 一种基于多天线瞬时功率的频谱感知方法
CN104320209B (zh) 一种基于拟合优度检验的频谱感知方法
CN104954089B (zh) 一种基于多天线瞬时功率比较的频谱感知方法
CN103248441A (zh) 时间异步且循环前缀长度未知情况下的ofdm频谱感知方法
CN103560838B (zh) 一种抑制直流偏置的能量检测方法
CN105813089B (zh) 一种对抗噪声不确定性的匹配滤波频谱感知方法
Zhang et al. Performance of cyclostationary features based spectrum sensing method in a multiple antenna cognitive radio system
CN110139283B (zh) 基于双门限能量检测的认知车联网协作频谱感知方法
CN103248442B (zh) 一种时间同步情况下的ofdm信号频谱感知方法
Chen et al. Cooperative spectrum sensing based on double threshold detection and Dempster-Shafer theory
CN103051402B (zh) 一种基于直流偏移自适应频谱能量的用户信号检测方法
Falih et al. A combined spectrum sensing method based DCT for cognitive radio system.
Vu‐Van et al. A cluster‐based sequential cooperative spectrum sensing scheme utilizing reporting framework for cognitive radios
CN102118200B (zh) 一种基于协方差绝对值法的频谱检测方法
CN103248443B (zh) 时间异步且循环前缀长度已知情况下的ofdm频谱感知方法
CN107222870B (zh) 针对时间异步且不存在频偏情况下的ofdm信号频谱感知方法
Abdullah et al. Energy consumption control in cooperative and non-cooperative cognitive radio using variable spectrum sensing sampling

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150429

Termination date: 20171022

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee