CN104038298B - 一种基于链路感知的卫星网络自适应联合频谱检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于链路感知的卫星网络自适应联合频谱检测方法，该方法根据链路感知技术获取的当前卫星链路参数计算得出两个判决门限值(一个较高门限值，一个较低门限值)，按能量检测法计算待检测信号的能量并与两门限值进行比较，若能量大于等于较高值判为存在主用户信号，小于等于较低值判为不存在主用户信号；若能量落在两判决门限值之间则对信号进行循环平稳特性检测。本发明在频谱检测中引入了链路感知技术，该技术不需借助大量实验测试就可实时获取信道状态，能够提升频谱检测的实时性及准确性；而联合频谱检测方法发挥了能量检测简单和循环平稳特性检测准确的优点，并能较大限度规避二者的不足，最终实现系统整体检测性能的提升。

Description

一种基于链路感知的卫星网络自适应联合频谱检测方法

技术领域

本发明涉及卫星通信技术，特别涉及适用于卫星网络的一种基于链路感知的自适应联合频谱检测方法。

背景技术

作为地面通信方式的有效补充，卫星移动通信已经在人们日常生活中广泛应用。但需要注意的是，由于地面手持终端的硬件限制，不可能应用很高的频率作为射频载波。目前，卫星移动通信系统主要使用UHF频段和L/S频段，主要集中在100MHz～3GHz这一范围，而这一范围恰是地面通信应用的重点区域。加之多用户多卫星同处一个频段，彼此间的干扰也是人们考虑的重要因素。

基于认知无线电的频谱检测技术该技术具有及时发现频谱空洞并进行分配利用的特点，是保护授权用户免受有害干扰、提高认知无线电网络自身频谱资源利用率的重要前提，将其应用到卫星通信中能够解决频谱利用率不高以及突发干扰等问题，因此，针对卫星通信系统的认知无线电频谱检测技术引起了国内外学者的广泛关注。目前基于认知无线电的频谱检测技术在地面无线通信系统中已经得到了广泛应用，但其在卫星网络中的应用还处于研究阶段。

地面认知无线电系统中的频谱感知技术主要有能量检测、匹配滤波器检测、窄带信号自动检测、波形检测和循环平稳特征检测等。其中适用于卫星通信系统的频谱检测技术主要有能量检测技术和循环平稳检测技术。

能量检测技术是一种常用的、简单有效的频谱感知方法。能量检测技术通过采集和计算一段特定时间内某段频谱上的信号能量值，与预先设定的门限值相比较。若信号能量值大于门限值，则说明该段频谱内有授权用户信号；若信号能量小于门限值，则说明该段频谱内只有噪声存在。能量检测作为一种盲检测方法，具有不需要授权用户信号的先验知识、算法简单、实现复杂度低等特点；但同时，能量检测也存在依赖噪声功率估计、在低信噪比条件下准确度较低的缺陷。

循环平稳特性检测技术则是利用调制信号的周期性或潜在周期性，而噪声则没有这个性质，因而可以利用调制信号的循环平稳特性来进行检测。循环平稳特性检测方法的最大优点是在低信噪比条件下的高检测概率；而其局限在于算法需要对信号进行数次傅里叶变换的处理，复杂度很高。

传统的单一检测方法无法扬长避短，因此容易造成检测性能的局限；而且卫星通信中的频谱检测对实时性要求也很高，一般的频谱检测方法并不能很好的达到这一需求；此外，在卫星通信中，随着频谱的提高，天气状况尤其是降雨对通信效果影响极大，其中雨衰对高频卫星通信的影响极为明显。同样，在卫星通信系统中应用认知无线电技术，不同的天气情况对频谱感知的影响也大不相同。

为了解决单一频谱感知的上述缺陷，我们提出了基于双门限的混合能量-循环平稳特性检测方法，从而充分利用了两种频谱检测方法的优点并最大限度避免了二者的缺陷；此外，为了解决天气状况对频谱感知性能的影响并满足频谱感知对实时性的要求，我们提出将链路感知技术引入到频谱检测中，根据卫星信道特性选择合适的频谱检测方法。

发明内容

本发明提供了一种基于链路感知的卫星网络自适应联合频谱检测方法，考虑对卫星通信影响极大的天气状况以及对频谱检测影响较大的信道信噪比进行前期的估计与预测，根据参数计算设定相应的门限值进而自适应地选择合适的频谱检测方法，在虚警概率恒定的基础上使得检测结果的检测概率较为精确，且方法的复杂度低，适合环境受限的卫星通信系统。

一种基于链路感知的卫星网络自适应联合频谱检测方法，包括：

A，选择需要进行检测的授权用户与对应卫星信道，采用链路感知方法对卫星信道信噪比以及天气状况等参数进行估计与预测；

B，根据信道的信噪比与天气状况计算对应的两门限值λ_H和λ_L，(λ_H>λ_L)；

C，采用能量检测法计算信号的能量P，与门限值λ_H和λ_L进行比较，据此选择采用能量检测或循环平稳特性检测，得出待检测频段的状态

附图说明

图1为本发明实施提供的一种基于链路感知的卫星网络自适应联合频谱检测方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案更加清楚，下面先结合附图和具体实施例对本发明的频谱感知方法进行详细描述。

本发明实施例提供的一种基于链路感知的卫星网络自适应联合频谱检测方法中，主要是基于链路感知结果，结合能量检测和循环平稳特性检测的优点，克服能量检测和循环平稳特性检测的不足，充分考虑天气状况对卫星通信认知无线电的影响，从而实现认知无线电频谱感知的。

以下对本实施例提供的实现一种基于链路感知的卫星网络自适应联合频谱检测方法进行详细描述。

参见图1，图1为本发明实施例的一种基于链路感知的卫星网络自适应联合频谱检测方法的实现流程图。其中，本发明实施例提供的一种基于链路感知的卫星网络自适应联合频谱检测方法首先根据邻里感知得到的卫星信道信噪比及天气状况等参数计算门限值，之后计算信号能量并与参考频段噪声功率相比较，决定采用能量检测或是循环平稳特性检测，最后得出检测结果。如图1所示，该流程可以包括以下步骤：

步骤101，确定需要进行检测的主用户及对应的信道。

步骤102，采用信道估计技术计算主用户信道的信噪比。

这里，信道估计采用非盲估计方法，具体形式采用基于导频的信道估计，利用估计得出信道的信噪比，并且进一步得到当前信道状态下的误码性能和系统的吞吐量；

步骤103，采用信道预测技术补偿链路感知滞后的信息。

这里，信道预测技术当信道响应变化幅度较大时，在系统计算处理能力范围内，采用性能较好，计算复杂度较高的算法；当信道响应变化幅度较小时，采用性能较低，计算复杂度较低的算法。这样能够提高系统的实时性，并能获得较高的计算效率。

步骤104，结合待检测用户链路的信噪比与天气情况计算出两门限值λ_H和λ_L。

这里，由于卫星通信受天气影响极大，因而要结合天气情况和信道信噪比进行两个门限值的计算。

步骤105，将待检测频段信号通过星上带通滤波器，得到滤波后的信号。

这里，计算信号能量前先通过星上带通滤波器。

步骤106，将105中得到的滤波后信号进行平方处理。

这里，平方处理可以将滤波后的待检测信号变为正值。

步骤107，将106中平方处理后的信号进行积分运算，得到待检测信号能量P。

本步骤中，对步骤108中平方处理后的信号进行积分运算，即可得到待检测信号的能量P。

步骤108，是否满足λ_L<P<λ_H，若是则执行步骤109，否则，执行步骤110。

本步骤相当于将传统能量检测的单门限变为双门限，在门限外使用能量检测，此时能量检测的准确度较高；在门限内则使用循环平稳特性检测，同样也利用了循环平稳特性检测的高准确度，且门限间的范围较小，能够较大限度减小循环平稳特性检测复杂度高的影响范围。

步骤109，采用循环平稳特性检测。

在双重门限内，则使用循环平稳特性检测，提高频谱感知的准确性。

步骤110，采用能量检测。

在双重门限外，使用能量检测。在此，若P<＝λ_L，则待检测频段处于空闲状态；相反，若P>＝λ_H，则待检测频段被授权用户占用。

步骤111，判定待检测频段是否被使用。

本步骤中，若由步骤109而来，则采用循环平稳特性检测的判决办法；若由步骤110而来，则由步骤110中叙述的能量检测法判决待检测频段是否正在被使用。

Claims (1)

1.一种适用于卫星认知无线网络的基于链路感知的频谱检测方法，其特征在于采用链路感知技术对卫星信道状态进行了估计和预测，并根据信道参数自适应选择适当的频谱检测方法，有效地结合了能量检测与循环平稳检测的优势，提高频谱检测效率并降低了复杂度，其方法包括：

A，选择需要进行检测的授权用户与对应卫星信道，采用链路感知方法对卫星信道信噪比以及天气状况参数进行估计与预测：

A1、该方法所适用的网络结构为多层卫星网络体系架构，网络中包括不同轨道卫星,网络中部分卫星根据业务类型或优先级设定为授权卫星，还有部分卫星设定为认知卫星，认知卫星可以在授权卫星释放频谱的时间内自适应选用相应频段进行通信，并在授权卫星恢复通信时及时将频谱释放供授权卫星使用；

A2、待检测用户和相应信道采用链路感知方法进行信道估计和信道预测，然后利用感知技术计算出用于门限值设定的必要参数；信道估计采用非盲估计方法，具体形式采用基于导频的信道估计，利用估计得出信道的信噪比，并且进一步得到当前信道状态下的误码性能和系统的吞吐量，采用信道预测技术来补偿链路感知滞后的信息，提高系统的实时性，获得较高的计算效率；

B，根据信道的信噪比与天气状况计算对应的两门限值λ_H和λ_L(λ_H＞λ_L),两门限值的计算方法包括：根据信道估计与信道预测得出的卫星信道信噪比及天气状况的参数，结合待检测频段的频率值，采用相应的公式计算两门限值；

C，采用能量检测法计算信号的能量P，与门限值λ_H和λ_L进行比较，据此选择采用能量检测或循环平稳特性检测，得出待检测频段的状态,其自适应判定方法为：

C1、计算λ_H，将P与λ_H作比较，如果满足P>＝λ_H，选择能量检测，并得出待检测频段正在被授权用户使用；

C2、计算λ_L，将P与λ_L作比较，如果满足P<＝λ_L，在能量检测和循环平稳特性检测中选择能量检测，并得出待检测频段处于空闲状态；

C3、计算λ_H和λ_L，如果满足λ_L<P<λ_H，在能量检测和循环平稳特性检测中选择循环平稳特性检测。