CN105553582B - 一种联合能量检测与循环平稳特征检测的感知方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种联合能量检测与循环平稳特征检测的感知方法，包括：1）在无线环境认知周期中，实现噪声功率估计，并基于信号功率，获得信噪比；2）若所述信噪比的估计值小于预设门限，则认知节点在接续时间进行能量检测，完成一次快速感知；若大于或等于预设门限，则认知节点在接续时间进行循环平稳特征检测，完成一次精细感知。本发明不仅为快速感知与精细感知的适时切换提供了依据，也为移动认知环境下的能量检测提供了适时门限，同时还为循环平稳特征检测提供了检验统计量的关键要素，可实现移动认知环境下能量检测与循环平稳特征检测有效融合，最终寻求检测时间与检测概率最优平衡。

Description

一种联合能量检测与循环平稳特征检测的感知方法

技术领域

本发明涉及一种无线通信技术，特别是涉及一种联合能量检测与循环平稳特征检测的感知方法。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，高速率和高质量的无线数据业务需求与趋于饱和的频谱资源之间的矛盾日益突出。然而，现有很多无线系统的频谱资源却在时间和空间上存在不同程度的闲置。为解决有限的可用频谱和低的频谱利用率这一问题，认知无线电技术通过调节自身参数，在保证授权用户(主用户)的干扰在可容忍级别下尽可能为未授权用户(次用户)提供好的连接，从而突破频谱和带宽方面的分配限制，提高频谱资源利用率。美国联邦通信委员会(FCC)于2005年10月正式批准了关于引入认知无线电技术、使用认知无线电设备的法规。

另一方面，随着手机的计算机化和个人计算机的移动化，人类对移动性的信息需求急剧上升，基于移动设备的无线应用也正在变得日益普遍。移动性与认知无线网络的结合将给认知节点应用带来很大的自由度。因此，对于有效利用频谱资源的未来认知无线网络，网络拓扑结构中更多呈现的是移动认知节点或/和移动主用户节点。

然而，移动性是导致传统无线认知性能下降的重要因素，认知节点的移动性将严重影响无线网络的性能，在移动认知无线网络中，移动性使得传统的频谱感知方法性能下降，而次用户认知能力的下降将直接增加对主用户通信的干扰，可能最终导致认知无线电技术无法实施。

频谱感知的研究在能量检测、匹配滤波、循环平稳特征检测等本地频谱感知方面已经成果斐然，然而到目前为止，绝大部分相关研究都基于静态认知无线网络。近年来，研究人员开始研究移动环境下的频谱感知技术，但存在以牺牲检测效率来提高检测精度的问题，还有待从检测精度和检测效率两方面性能兼顾考虑，提出有效的频谱感知方法。

本发明就是针对移动认知无线网络中检测精度和检测效率两方面需求，在兼顾快速效率和精确检测的基础上，提出一种移动认知无线网络的频谱感知方法。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于针对移动认知无线网络中检测精度和检测效率两方面需求，提供一种联合能量检测与循环平稳特征检测的感知方法，以在感知性能上兼顾快速检测和精确检测，从而实现快速高效的移动节点感知方案，为实际移动场景的频谱感知提供切实可行的感知方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种联合能量检测与循环平稳特征检测的感知方法，包括步骤：步骤1)，在无线环境认知周期中，实现噪声功率估计，并基于信号功率，获得信噪比，即信号功率/噪声功率；步骤2)，若所述信噪比的估计值小于预设门限，则认知节点在接续时间进行能量检测，完成一次快速感知，所述一次快速感知的持续时间即为快速感知周期；若所述信噪比的估计值大于或等于预设门限，则认知节点在接续时间进行循环平稳特征检测，完成一次精细感知，所述一次精细感知的持续时间即为精细感知周期。

作为本发明的联合能量检测与循环平稳特征检测的感知方法的一种优选方案，所述感知方法的感知周期包括：无线环境认知周期、精细感知周期、快速感知周期，且所述无线环境认知周期属于精细感知周期的一部分。

作为本发明的联合能量检测与循环平稳特征检测的感知方法的一种优选方案，一个无线环境认知间隔内，仅包含一个精细感知周期；相邻精细感知周期的时间间隔内包含一个或者多个无线环境认知周期。

作为本发明的联合能量检测与循环平稳特征检测的感知方法的一种优选方案，在无线环境认知周期中实现的噪声功率估计包括：认知节点计算接收信号的循环统计量，利用所述循环统计量所调制的无线环境信息，实现无线环境的噪声功率估计。

作为本发明的联合能量检测与循环平稳特征检测的感知方法的一种优选方案，相邻无线环境认知周期之间的时间间隔为无线环境认知间隔，在一个无线环境认知间隔内，相邻快速感知周期之间的时间间隔相等。

作为本发明的联合能量检测与循环平稳特征检测的感知方法的一种优选方案，相邻快速感知周期之间的时间间隔基于系统预先设置、或者基于信噪比的估计值的改变而改变。

作为本发明的联合能量检测与循环平稳特征检测的感知方法的一种优选方案，所述无线环境认知间隔，能基于信噪比的变化程度来自动调节。

如上所述，本发明的联合能量检测与循环平稳特征检测的感知方法，具有以下有益效果：本发明通过认知节点对接收信号循环统计量的计算，不仅为快速感知与精细感知的适时切换提供了依据，也为移动认知环境下的能量检测提供了适时门限，同时还为循环平稳特征检测提供了检验统计量的关键要素，这样，在统一的理论架构下，可实现移动认知环境下能量检测与循环平稳特征检测有效融合，最终寻求检测时间与检测概率最优平衡。本发明方法简单，能实现快速高效的移动节点感知，在无线通讯技术领域有广泛的应用前景。

附图说明

图1显示为本发明实施例1中联合能量检测与循环平稳特征检测的感知周期示意图。

图2显示为本发明实施例1中无线环境认知周期及接续感知周期的单次处理流程图。

元件标号说明

S11～S15 步骤1)～步骤5)

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1～图2所示，本实施例提供一种联合能量检测与循环平稳特征检测的感知方法，所述感知方法的感知周期包括：无线环境认知周期、精细感知周期、快速感知周期，且所述无线环境认知周期属于精细感知周期的一部分。所述感知方法包括步骤：

如图1～图2所示，首先进行步骤1)S11，在无线环境认知周期中，认知节点计算接收信号的循环统计量。

作为示例，一个无线环境认知间隔内，仅包含一个精细感知周期；相邻精细感知周期的时间间隔内包含一个或者多个无线环境认知周期。

如图2所示，然后进行步骤2)S12，利用所述循环统计量所调制的无线环境信息，实现无线环境的噪声功率估计，并基于信号功率，获得信噪比，即信号功率/噪声功率。

作为示例，所述无线环境认知间隔，能基于信噪比的变化程度来自动调节。

如图2所示，接着进行步骤3)S13，判断所述信噪比的估计值是否小于预设门限；若所述信噪比的估计值小于预设门限，则继续执行步骤4)S14，所述信噪比的估计值大于或等于预设门限，则跳至执行步骤5)S15。

所述预设门限可以依据需求确定，此处并不对其进行限定。

如图1～图2所示，然后进行步骤4)S14，若所述信噪比的估计值小于预设门限，则认知节点在接续时间进行能量检测，完成一次快速感知，所述一次快速感知的持续时间即为快速感知周期。

作为示例，相邻无线环境认知周期之间的时间间隔为无线环境认知间隔，在一个无线环境认知间隔内，相邻快速感知周期之间的时间间隔相等。

作为示例，相邻快速感知周期之间的时间间隔基于系统预先设置、或者基于信噪比的估计值的改变而改变。

如图1～图2所示，最后进行步骤5)S15，若所述信噪比的估计值大于或等于预设门限，则认知节点在接续时间进行循环平稳特征检测，完成一次精细感知，所述一次精细感知的持续时间即为精细感知周期。

如图1～图2所示，在一个具体的实施过程中，设定无线环境认知间隔为T1，相邻快速感知周期之间的时间间隔为T2，具体包括以下步骤：

认知节点在无线认知周期中，通过计算所接收信号的循环统计量，获得噪声功率估计，判断此时噪声功率是否小于预先设定门限，本实施例中第一个无线认知周期所估计的噪声功率大于预先设定门限，则认知节点在接续时间进行循环平稳特征检测，完成一次感知。

随后在下一个无线认知周期到来前，认知节点以T2的间隔进行能量检测，在实现能量检测的快速感知周期中，认知节点利用在最近的无线认知周期中所得噪声功率来求得能量检测的判别门限，进而完成能量检测。

本实施例在下一个无线认知周期中所计算的噪声功率小于预先设定门限，因此在接续时间进行能量检测，在完成该次能量检测的快速感知周期中，能量检测的判别门限由最近的无线认知周期中所获得的噪声功率值计算更新得到。

随后在下一个无线认知周期到来前，认知节点以T2的间隔进行能量检测，同样，在实现能量检测的快速感知周期中，认知节点利用在最近的无线认知周期中所得噪声功率来求得能量检测的判别门限，进而完成能量检测。

如上所述，本发明的联合能量检测与循环平稳特征检测的感知方法，具有以下有益效果：本发明通过认知节点对接收信号循环统计量的计算，不仅为快速感知与精细感知的适时切换提供了依据，也为移动认知环境下的能量检测提供了适时门限，同时还为循环平稳特征检测提供了检验统计量的关键要素，这样，在统一的理论架构下，可实现移动认知环境下能量检测与循环平稳特征检测有效融合，最终寻求检测时间与检测概率最优平衡。本发明方法简单，能实现快速高效的移动节点感知，在无线通讯技术领域有广泛的应用前景。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种联合能量检测与循环平稳特征检测的感知方法，其特征在于，包括步骤：

步骤1)，在无线环境认知周期中，实现噪声功率估计，并基于信号功率，获得信噪比，即信号功率/噪声功率，其中，在无线环境认知周期中实现的噪声功率估计包括：认知节点计算接收信号的循环统计量，利用所述循环统计量所调制的无线环境信息，实现无线环境的噪声功率估计；

步骤2)，若所述信噪比的估计值小于预设门限，则认知节点在后续时间进行能量检测，完成一次快速感知；若所述信噪比的估计值大于或等于预设门限，则认知节点在后续时间进行循环平稳特征检测，完成一次精细感知。

2.根据权利要求1所述的联合能量检测与循环平稳特征检测的感知方法，其特征在于：所述感知方法的感知周期包括：精细感知周期及快速感知周期，且所述精细感知周期包含有无线环境认知周期。

3.根据权利要求2所述的联合能量检测与循环平稳特征检测的感知方法，其特征在于：所述一次快速感知的持续时间为快速感知周期。

4.根据权利要求2所述的联合能量检测与循环平稳特征检测的感知方法，其特征在于：所述一次精细感知的持续时间为精细感知周期。

5.根据权利要求2所述的联合能量检测与循环平稳特征检测的感知方法，其特征在于：一个无线环境认知间隔内，仅包含一个精细感知周期；相邻精细感知周期的时间间隔内包含一个或者多个无线环境认知周期。

6.根据权利要求1所述的联合能量检测与循环平稳特征检测的感知方法，其特征在于：相邻无线环境认知周期之间的时间间隔为无线环境认知间隔，在一个无线环境认知间隔内，相邻快速感知周期之间的时间间隔相等。

7.根据权利要求6所述的联合能量检测与循环平稳特征检测的感知方法，其特征在于：相邻快速感知周期之间的时间间隔基于系统预先设置、或者基于信噪比的估计值的改变而改变。

8.根据权利要求6所述的联合能量检测与循环平稳特征检测的感知方法，其特征在于：所述无线环境认知间隔，能基于信噪比的变化程度来自动调节。