CN105680964A - 一种频谱感知方法和频谱感知系统、客户端和服务端 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种频谱感知方法和频谱感知系统、客户端和服务端。该频谱感知方法包括：采用能量感知方式判断干扰信号是否存在；采用循环谱特征感知方式判断干扰信号是否存在；根据能量感知方式的判断结果和循环谱特征感知方式的判断结果确定干扰用户是否存在。该频谱感知方法通过采用能量感知方式和循环谱特征感知方式对频谱进行混合感知，实现了粗感知和细感知相结合的频谱混合感知，从而提高了干扰用户的检测精度和检测速度。

Description

一种频谱感知方法和频谱感知系统、客户端和服务端
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体地，涉及一种频谱感知方法和频谱感知系统、客户端和服务端。
背景技术
在LTE系统中，自有信道内UE属于授权用户，通讯时不需要考虑是否会影响信道中其他用户的通讯。但是考虑到潜在的干扰用户对自身通讯的干扰，可对信道进行频谱感知，以避开正在通讯的信号，从而使自身的通讯不受到影响。
LTE系统中，如果能对感知信道进行认知使用，则可以提高频谱利用率。在这部分频带中，LTE系统的认知用户属于次用户，占用非授权频段的行为会对信道中可能存在的其他授权用户通信产生影响。所以，在这些频带内的通信应该对信道中可能存在的其他用户信息进行准确和及时的检测，以尽可能的避免对其产生干扰。但频繁的频谱感知在带来很高的检测概率的同时，也会造成较大的时间开销。而增大的感知周期虽然会缩小开销，但同时也降低了检测概率，对信道中的授权用户通信带来不可忽略的干扰。
目前常用的频谱感知方法主要有：能量检测法和匹配滤波法。能量检测法是一种盲检算法，对信号没有任何假设，适用于任何信号，但是不能给出精确的信号参数。能量检测法的缺点为该方法不能知道有关信号时域和频谱的详细信息，同时能量检测法的门限值难以设定，很容易受到噪声变化的影响。能量检测法的另一个缺点是不能有效地区分信号和噪声，因此能量检测法容易被不明信号误导而产生误判决。
匹配滤波法是一种最优的信号检测法，能使信号输出的信噪比达到最大。匹配滤波法的优点是能够在短时间里获得高处理增益，但是使用匹配滤波法进行信号检测，必须知道被检测的干扰用户信号的先验知识，比如调制方式、脉冲波形、数据包格式等，如果这些信息不准确，感知性能会严重恶化，同时匹配滤波法运算量大，实现复杂度高，通常用来检测某些特定信号。
目前传统的频谱感知方法中，一个接收端只采用一种频谱感知方式。由于采用的感知方式不同，因而各感知算法的检测有各自的优缺点。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种频谱感知方法和频谱感知系统、客户端和服务端。该频谱感知方法通过采用能量感知方式和循环谱特征感知方式对频谱进行混合感知，实现了粗感知和细感知相结合的频谱混合感知，从而提高了干扰用户的检测精度和检测速度。
本发明提供一种频谱感知方法，包括：
采用能量感知方式判断干扰信号是否存在；
采用循环谱特征感知方式判断所述干扰信号是否存在；
根据所述能量感知方式的判断结果和所述循环谱特征感知方式的判断结果确定干扰用户是否存在。
优选地，所述采用能量感知方式判断干扰信号是否存在包括：
对设定时间内接收到的信号能量进行检测；
将检测到的信号能量累积值与设定的门限值进行比较；当所述信号能量累积值小于等于所述门限值时，判断所述干扰信号不存在；当所述信号能量累积值大于所述门限值时，判断所述干扰信号疑似存在；
当判断所述干扰信号疑似存在时，判断所述干扰信号的持续时间是否大于一个能量感知过程的时间，当判断结果为否时，确定所述干扰信号不存在；当判断结果为是时，确定所述干扰信号存在。
优选地，所述门限值根据公式计算，其中，Pf为虚警概率，N为采样点的个数，σ2为噪声方差。
优选地，所述采用循环谱特征感知方式判断所述干扰信号是否存在包括：
当采用所述能量感知方式判断所述干扰信号存在时，采用循环谱特征感知方式判断所述干扰信号的功率谱累积值是否大于设定的功率谱门限值，当判断结果为否时，确定所述干扰信号不存在；当判断结果为是时，确定所述干扰信号存在。
优选地，所述功率谱门限值根据历史经验值确定。
优选地，所述根据所述能量感知方式的判断结果和所述循环谱特征感知方式的判断结果确定干扰用户是否存在包括：
判断所述能量感知方式的判断结果和所述循环谱特征感知方式的判断结果是否均为所述干扰信号存在；当判断结果为是时，确定所述干扰用户存在；否则，确定所述干扰用户不存在。
本发明还提供一种频谱感知系统，包括第一判断单元，用于采用能量感知方式判断干扰信号是否存在；
第二判断单元，用于采用循环谱特征感知方式判断所述干扰信号是否存在；
确定单元，用于根据所述能量感知方式的判断结果和所述循环谱特征感知方式的判断结果确定干扰用户是否存在。
优选地，所述第一判断单元包括：
检测模块，用于对设定时间内接收到的信号能量进行检测；
第一比较模块，用于将检测到的信号能量累积值与设定的门限值进行比较；
第一判断模块，用于当所述信号能量累积值小于等于所述门限值时，判断所述干扰信号不存在；当所述信号能量累积值大于所述门限值时，判断所述干扰信号疑似存在；
第二判断模块，用于当判断所述干扰信号疑似存在时，判断所述干扰信号的持续时间是否大于一个能量感知过程的时间；
第一确定模块，用于当所述第二判断模块的判断结果为否时，确定所述干扰信号不存在；当所述第二判断模块的判断结果为是时，确定所述干扰信号存在。
优选地，所述第二判断单元包括：
第三判断模块，用于当所述第一判断单元的判断结果为是时，采用循环谱特征感知方式判断所述干扰信号的功率谱累积值是否大于设定的功率谱门限值；
第二确定模块，用于当所述第三判断模块的判断结果为否时，确定所述干扰信号不存在；当所述第三判断模块的判断结果为是时，确定所述干扰信号存在。
优选地，所述确定单元包括：
第四判断模块，用于判断所述能量感知方式的判断结果和所述循环谱特征感知方式的判断结果是否均为所述干扰信号存在；
第三确定模块，用于当所述第四判断模块的判断结果为是时，确定所述干扰用户存在，否则，确定所述干扰用户不存在。
本发明还提供一种客户端，包括上述频谱感知系统。
本发明还提供一种服务端，包括上述频谱感知系统。
本发明的有益效果：本发明所提供的频谱感知方法，通过采用能量感知方式判断干扰信号是否存在，能够实现对频谱的粗感知，通过采用循环谱特征感知方式判断干扰信号是否存在，降低了频谱感知算法的复杂度，同时能够准确地区分噪声和有用信号，在低信噪比的情况下，检测准确度高，能够实现对频谱的细感知，该频谱感知方法通过采用能量感知方式和循环谱特征感知方式对频谱进行混合感知，实现了粗感知和细感知相结合的频谱混合感知，从而提高了干扰用户的检测精度和检测速度。
本发明所提供的频谱感知系统，通过设置第一判断单元，能采用能量感知方式判断干扰信号是否存在，从而实现了对频谱的粗感知，通过设置第二判断单元，能采用循环谱特征感知方式判断干扰信号是否存在，从而降低了频谱感知算法的复杂度，同时能够准确地区分噪声和有用信号，在低信噪比的情况下，检测准确度高，实现了对频谱的细感知，该频谱感知系统通过第一判断单元和第二判断单元，实现了对频谱的粗感知和细感知相结合的混合感知，从而提高了干扰用户的检测精度和检测速度。
本发明所提供的客户端，通过采用上述频谱感知系统，使该客户端能对外界频谱的使用情况进行快速而准确的探测和识别，从而提高了频谱资源的利用率。
本发明所提供的服务端，通过采用上述频谱感知系统，使该服务端能对授权用户和干扰用户的频谱使用情况进行快速而准确的探测和识别，从而提高了频谱资源的利用率。
附图说明
图1为本发明实施例1中频谱感知方法的流程图；
图2为本发明实施例2中频谱感知方法的流程图；
图3为本发明实施例3中频谱感知系统的原理框图。
其中的附图标记说明：
1.第一判断单元；11.检测模块；12.第一比较模块；13.第一判断模块；14.第二判断模块；15.第一确定模块；2.第二判断单元；21.第三判断模块；22.第二确定模块；3.确定单元；31.第四判断模块；32.第三确定模块。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明所提供的一种频谱感知方法和频谱感知系统、客户端和服务端作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例提供一种频谱感知方法，如图1所示，包括：
步骤1：采用能量感知方式判断干扰信号是否存在。
步骤2：采用循环谱特征感知方式判断干扰信号是否存在。
步骤3：根据能量感知方式的判断结果和循环谱特征感知方式的判断结果确定干扰用户是否存在。
其中，能量感知方式和循环谱特征感知方式均为比较成熟的频谱感知方法，循环谱特征感知方式采用自相关矩阵替代频域平滑方法计算信号的谱特征。涉及两种感知方式的具体算法这里不再详细赘述。
本实施例中，能量感知方式适用于任何信号，且能量感知方式不需要知道被检测信号的任何先验信息(如调制方式、脉冲波形、数据包格式等)，能够实现对频谱的粗感知；循环谱特征感知方式能够降低频谱感知算法的复杂度，同时能够准确地区分噪声和有用信号，在低信噪比的情况下，检测准确度高，能够实现对频谱的细感知，该频谱感知方法通过采用能量感知方式和循环谱特征感知方式对频谱进行混合感知，提高了干扰用户的检测精度和检测速度。
实施例2：
本实施例提供一种频谱感知方法，如图2所示，包括：
步骤1：采用能量感知方式判断干扰信号是否存在。
该步骤具体包括：步骤10：对设定时间内接收到的信号能量进行检测。
其中，设定时间可以随意设定。
步骤11：将检测到的信号能量累积值与设定的门限值进行比较；当信号能量累积值小于等于门限值时，执行步骤12：判断干扰信号不存在；如：此时将频谱感知结果的状态标志设置为0；当信号能量累积值大于门限值时，执行步骤13：判断干扰信号疑似存在，如：此时将频谱感知结果的状态标志设置为1。
当判断干扰信号疑似存在时，执行步骤14：判断干扰信号的持续时间是否大于一个能量感知过程的时间，当判断结果为否时，执行步骤15：确定干扰信号不存在；如：此时将频谱感知结果的状态标志清零。当判断结果为是时，执行步骤16：确定干扰信号存在，如：此时频谱感知结果的状态标志仍然为1。其中，一个能量感知过程的时间为对检测到的信号进行能量感知所用的时间。干扰信号存在或不存在是指检测到的信号中是否存在干扰信号，干扰信号由干扰用户发出。
本实施例中，门限值根据公式计算，其中，Pf为虚警概率，N为采样点的个数，σ2为噪声方差。门限值的计算中既涉及到虚警概率，又涉及到噪声方差，这使得门限值的计算更加精确，从而使能量感知方式的判断结果更加精确。
步骤2：采用循环谱特征感知方式判断干扰信号是否存在。
该步骤具体包括：当采用能量感知方式判断干扰信号存在时，执行步骤20：采用循环谱特征感知方式判断干扰信号的功率谱累积值是否大于设定的功率谱门限值，当判断结果为否时，执行步骤21：确定干扰信号不存在；如：此时将频谱感知结果的状态标志清零。当判断结果为是时，执行步骤22：确定干扰信号存在，如：此时将频谱感知结果的状态标志加1。其中，功率谱门限值根据历史经验值确定。
步骤3：根据能量感知方式的判断结果和循环谱特征感知方式的判断结果确定干扰用户是否存在。
该步骤具体包括：步骤30：判断能量感知方式的判断结果和循环谱特征感知方式的判断结果是否均为干扰信号存在。当判断结果为是时，执行步骤31：确定干扰用户存在；如：此时频谱感知结果的状态标志为2；否则，执行步骤32：确定干扰用户不存在，如：此时将频谱感知结果的状态标志清零。
实施例1-2的有益效果：实施例1-2中所提供的频谱感知方法，通过采用能量感知方式判断干扰信号是否存在，能够实现对频谱的粗感知，通过采用循环谱特征感知方式判断干扰信号是否存在，降低了频谱感知算法的复杂度，同时能够准确地区分噪声和有用信号，在低信噪比的情况下，检测准确度高，能够实现对频谱的细感知，该频谱感知方法通过采用能量感知方式和循环谱特征感知方式对频谱进行混合感知，实现了粗感知和细感知相结合的频谱混合感知，从而提高了干扰用户的检测精度和检测速度。
实施例3：
本实施例提供一种频谱感知系统，如图3所示，包括第一判断单元1，用于采用能量感知方式判断干扰信号是否存在；第二判断单元2，用于采用循环谱特征感知方式判断干扰信号是否存在；确定单元3，用于根据能量感知方式的判断结果和循环谱特征感知方式的判断结果确定干扰用户是否存在。
本实施例中，第一判断单元1包括：检测模块11，用于对设定时间内接收到的信号能量进行检测。第一比较模块12，用于将检测到的信号能量累积值与设定的门限值进行比较。第一判断模块13，用于当信号能量累积值小于等于门限值时，判断干扰信号不存在；当信号能量累积值大于门限值时，判断干扰信号疑似存在。第二判断模块14，用于当判断干扰信号疑似存在时，判断干扰信号的持续时间是否大于一个能量感知过程的时间。第一确定模块15，用于当第二判断模块14的判断结果为否时，确定干扰信号不存在；当第二判断模块14的判断结果为是时，确定干扰信号存在。
本实施例中，第二判断单元2包括：第三判断模块21，用于当第一判断单元1的判断结果为是时，采用循环谱特征感知方式判断干扰信号的功率谱累积值是否大于设定的功率谱门限值。第二确定模块22，用于当第三判断模块21的判断结果为否时，确定干扰信号不存在；当第三判断模块21的判断结果为是时，确定干扰信号存在。
本实施例中，确定单元3包括：第四判断模块31，用于判断能量感知方式的判断结果和循环谱特征感知方式的判断结果是否均为干扰信号存在。第三确定模块32，用于当第四判断模块31的判断结果为是时，确定干扰用户存在，否则，确定干扰用户不存在。
实施例3的有益效果：实施例3中所提供的频谱感知系统，通过设置第一判断单元，能采用能量感知方式判断干扰信号是否存在，从而实现了对频谱的粗感知，通过设置第二判断单元，能采用循环谱特征感知方式判断干扰信号是否存在，从而降低了频谱感知算法的复杂度，同时能够准确地区分噪声和有用信号，在低信噪比的情况下，检测准确度高，实现了对频谱的细感知，该频谱感知系统通过第一判断单元和第二判断单元，实现了对频谱的粗感知和细感知相结合的混合感知，从而提高了干扰用户的检测精度和检测速度。
实施例4：
本实施例提供一种客户端，包括实施例3中的频谱感知系统。
通过采用实施例3中的频谱感知系统，使该客户端能对外界频谱的使用情况进行快速而准确的探测和识别，从而提高了频谱资源的利用率。
实施例5：
本实施例提供一种服务端，包括实施例3中的频谱感知系统。
通过采用实施例3中的频谱感知系统，使该服务端能对授权用户和干扰用户的频谱使用情况进行快速而准确的探测和识别，从而提高了频谱资源的利用率。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种频谱感知方法，其特征在于，包括：
采用能量感知方式判断干扰信号是否存在；
采用循环谱特征感知方式判断所述干扰信号是否存在；
根据所述能量感知方式的判断结果和所述循环谱特征感知方式的判断结果确定干扰用户是否存在。
2.根据权利要求1所述的频谱感知方法，其特征在于，所述采用能量感知方式判断干扰信号是否存在包括：
对设定时间内接收到的信号能量进行检测；
将检测到的信号能量累积值与设定的门限值进行比较；当所述信号能量累积值小于等于所述门限值时，判断所述干扰信号不存在；当所述信号能量累积值大于所述门限值时，判断所述干扰信号疑似存在；
当判断所述干扰信号疑似存在时，判断所述干扰信号的持续时间是否大于一个能量感知过程的时间，当判断结果为否时，确定所述干扰信号不存在；当判断结果为是时，确定所述干扰信号存在。
3.根据权利要求2所述的频谱感知方法，其特征在于，所述门限值根据公式计算，其中，Pf为虚警概率，N为采样点的个数，σ2为噪声方差。
4.根据权利要求1或2所述的频谱感知方法，其特征在于，所述采用循环谱特征感知方式判断所述干扰信号是否存在包括：
当采用所述能量感知方式判断所述干扰信号存在时，采用循环谱特征感知方式判断所述干扰信号的功率谱累积值是否大于设定的功率谱门限值，当判断结果为否时，确定所述干扰信号不存在；当判断结果为是时，确定所述干扰信号存在。
5.根据权利要求4所述的频谱感知方法，其特征在于，所述功率谱门限值根据历史经验值确定。
6.根据权利要求4所述的频谱感知方法，其特征在于，所述根据所述能量感知方式的判断结果和所述循环谱特征感知方式的判断结果确定干扰用户是否存在包括：
判断所述能量感知方式的判断结果和所述循环谱特征感知方式的判断结果是否均为所述干扰信号存在；当判断结果为是时，确定所述干扰用户存在；否则，确定所述干扰用户不存在。
7.一种频谱感知系统，其特征在于，包括第一判断单元，用于采用能量感知方式判断干扰信号是否存在；
第二判断单元，用于采用循环谱特征感知方式判断所述干扰信号是否存在；
确定单元，用于根据所述能量感知方式的判断结果和所述循环谱特征感知方式的判断结果确定干扰用户是否存在。
8.根据权利要求7所述的频谱感知系统，其特征在于，所述第一判断单元包括：
检测模块，用于对设定时间内接收到的信号能量进行检测；
第一比较模块，用于将检测到的信号能量累积值与设定的门限值进行比较；
第一判断模块，用于当所述信号能量累积值小于等于所述门限值时，判断所述干扰信号不存在；当所述信号能量累积值大于所述门限值时，判断所述干扰信号疑似存在；
第二判断模块，用于当判断所述干扰信号疑似存在时，判断所述干扰信号的持续时间是否大于一个能量感知过程的时间；
第一确定模块，用于当所述第二判断模块的判断结果为否时，确定所述干扰信号不存在；当所述第二判断模块的判断结果为是时，确定所述干扰信号存在。
9.根据权利要求7或8所述的频谱感知系统，其特征在于，所述第二判断单元包括：
第三判断模块，用于当所述第一判断单元的判断结果为是时，采用循环谱特征感知方式判断所述干扰信号的功率谱累积值是否大于设定的功率谱门限值；
第二确定模块，用于当所述第三判断模块的判断结果为否时，确定所述干扰信号不存在；当所述第三判断模块的判断结果为是时，确定所述干扰信号存在。
10.根据权利要求9所述的频谱感知系统，其特征在于，所述确定单元包括：
第四判断模块，用于判断所述能量感知方式的判断结果和所述循环谱特征感知方式的判断结果是否均为所述干扰信号存在；
第三确定模块，用于当所述第四判断模块的判断结果为是时，确定所述干扰用户存在，否则，确定所述干扰用户不存在。
11.一种客户端，其特征在于，包括权利要求7-10任意一项所述的频谱感知系统。
12.一种服务端，其特征在于，包括权利要求7-10任意一项所述的频谱感知系统。
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