CN105813089B - 一种对抗噪声不确定性的匹配滤波频谱感知方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种对抗噪声不确定性的匹配滤波频谱感知方法，其对天线接收到的时域连续的射频信号进行带通滤波和下变频处理，得到对应的时域连续的基带信号；然后对时域连续的基带信号进行时域采样处理，得到时域离散的基带信号；接着对时域离散的基带信号进行匹配滤波处理，得到匹配滤波处理输出的样本值；再根据时域离散的基带信号中的所有采样值和匹配滤波处理输出的所有样本值，计算噪声功率；之后根据噪声功率计算检验统计量，并根据噪声功率和设定的虚警概率计算判决门限；最后比较检验统计量与判决门限的大小，判定其它无线通信业务是否占用信道；优点是不需要知道噪声功率的精确值，在存在噪声不确定性时仍然具有较高的检测性能。

Description

一种对抗噪声不确定性的匹配滤波频谱感知方法
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，尤其是涉及一种对抗噪声不确定性的匹配滤波频谱感知方法。
背景技术
随着无线通信业务的快速增长，人们对频谱资源的需求量不断提高，频谱资源缺乏的现象变得越来越严重。一方面，无线通信业务的快速发展和各种系统、协议、网络的不断出现，使更多的设备需要使用无线电频谱；另一方面，频谱资源固定分配策略下的授权用户频谱使用排它性使得无法有效利用频谱资源。因此，频谱资源固定分配策略是造成频谱资源缺乏现象的主要原因之一。认知无线电技术能够有效提高频谱资源利用率，是实现频谱资源动态分配的主要方案之一。频谱感知是认知无线电技术中的重要组成部分，其可以有效防止采用认知无线电技术的无线通信业务对在同一信道中的其它无线通信业务产生干扰，频谱感知的性能直接关系到无线通信业务的质量。
在加性高斯白噪声环境下，匹配滤波频谱感知方法具有最优的频谱感知性能。然而在设置判决门限时，现有的匹配滤波频谱感知方法需要知道噪声功率的精确值。而在实际环境中，噪声功率的精确值是未知的，即存在噪声不确定性。当存在噪声不确定性时，现有的匹配滤波频谱感知方法的检测性能会急剧下降。因此，为了使匹配滤波频谱感知方法在存在噪声不确定性时仍然具有较高的检测性能，非常有必要设计一种能够对抗噪声不确定性的匹配滤波频谱感知方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种对抗噪声不确定性的匹配滤波频谱感知方法，其在存在噪声不确定性时仍然具有较高的检测性能。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种对抗噪声不确定性的匹配滤波频谱感知方法，其特征在于包括以下步骤：
①在认知无线电系统中，利用一根天线接收信道内的时域连续的射频信号；
②对天线接收到的时域连续的射频信号进行带通滤波和下变频处理，得到对应的时域连续的基带信号；然后对时域连续的基带信号进行时域采样处理，得到对应的包含N个采样值的时域离散的基带信号，将时域离散的基带信号中的第n个采样值记为r(n)，其中，N的取值为大于或等于4的整数，1≤n≤N；
③利用匹配滤波技术对时域离散的基带信号进行匹配滤波处理，得到匹配滤波处理输出的2N-1个样本值，将匹配滤波处理输出的第k个样本值记为y(k)，其中，1≤k≤2N-1；
④根据时域离散的基带信号中的所有采样值和匹配滤波处理输出的所有样本值，计算噪声功率，记为
⑤根据计算检验统计量，记为T，其中，y(N)表示匹配滤波处理输出的第N个样本值；
⑥根据和设定的虚警概率Pf，计算判决门限，记为λ，其中，0≤Pf≤1，z(Pf)表示标准正太分布的上分位点为Pf的值；
⑦比较检验统计量T与判决门限λ的大小，如果T≥λ，则判定其它无线通信业务正占用信道；如果T<λ，则判定其它无线通信业务未占用信道。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)本发明方法在获取噪声功率时利用了信道内的时域连续的射频信号对应的时域离散的基带信号中的采样值及时域离散的基带信号经匹配滤波处理输出的样本值，即噪声功率通过时域离散的基带信号中的所有采样值和匹配滤波处理输出的所有样本值计算得到，而不需要知道噪声功率的精确值，因此有效地克服了现有的匹配滤波频谱感知方法需要知道噪声功率的精确值的缺陷。
2)本发明方法根据虚警概率和计算得到的噪声功率来设置判决门限，这使得本发明方法在噪声功率的精确值未知时仍然具有较好的检测性能，因此本发明方法有效地克服了现有的匹配滤波频谱感知方法在存在噪声不确定性时检测性能较差的缺点。
附图说明
图1为本发明方法的总体实现框图；
图2为本发明方法与现有的匹配滤波频谱感知方法的检测概率随着信噪比变化的比较示意图。
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。
本发明提出的一种对抗噪声不确定性的匹配滤波频谱感知方法，其总体实现框图如图1所示，其包括以下步骤：
①在认知无线电系统中，利用一根天线接收信道内的时域连续的射频信号。
②利用现有技术对天线接收到的时域连续的射频信号进行带通滤波和下变频处理，得到天线接收到的时域连续的射频信号对应的时域连续的基带信号；然后利用现有技术对天线接收到的时域连续的射频信号对应的时域连续的基带信号进行时域采样处理，得到天线接收到的时域连续的射频信号对应的包含N个采样值的时域离散的基带信号，将时域离散的基带信号中的第n个采样值记为r(n)，其中，N的取值为大于或等于4的整数，在本实施例中取N＝128，1≤n≤N。
③利用现有的匹配滤波技术对时域离散的基带信号进行匹配滤波处理，得到匹配滤波处理输出的2N-1个样本值，将匹配滤波处理输出的第k个样本值记为y(k)，其中，1≤k≤2N-1。
④根据时域离散的基带信号中的所有采样值和匹配滤波处理输出的所有样本值，计算噪声功率，记为
⑤根据计算检验统计量，记为T，其中，y(N)表示匹配滤波处理输出的第N个样本值。
⑥根据和设定的虚警概率Pf，计算判决门限，记为λ，其中，0≤Pf≤1，z(Pf)表示标准正太分布的上分位点为Pf的值。
⑦比较检验统计量T与判决门限λ的大小，如果T≥λ，则判定其它无线通信业务正占用信道；如果T<λ，则判定其它无线通信业务未占用信道。
以下通过计算机仿真，进一步说明本发明的频谱感知方法的可行性和有效性。
假设时域离散的基带信号中的采样值的总个数为N＝128个，并假设噪声是服从零均值的高斯白噪声，虚警概率设为Pf＝0.1。图2给出了本发明方法与现有的匹配滤波频谱感知方法的检测概率随着信噪比变化的比较。图2中给出了噪声不确定度为0dB(即噪声功率精确已知)和噪声功率不确定度为1dB情况下的结果。从图2中可以看出，当信噪比为-15dB、噪声不确定度从0dB增加到1dB时，现有的匹配滤波频谱感知方法的检测概率从0.940下降到0.292，而本发明方法的检测概率保持0.926不变。

Claims (1)

1.一种对抗噪声不确定性的匹配滤波频谱感知方法，其特征在于包括以下步骤：
①在认知无线电系统中，利用一根天线接收信道内的时域连续的射频信号；
②对天线接收到的时域连续的射频信号进行带通滤波和下变频处理，得到对应的时域连续的基带信号；然后对时域连续的基带信号进行时域采样处理，得到对应的包含N个采样值的时域离散的基带信号，将时域离散的基带信号中的第n个采样值记为r(n)，其中，N的取值为大于或等于4的整数，1≤n≤N；
③利用匹配滤波技术对时域离散的基带信号进行匹配滤波处理，得到匹配滤波处理输出的2N-1个样本值，将匹配滤波处理输出的第k个样本值记为y(k)，其中，1≤k≤2N-1；
④根据时域离散的基带信号中的所有采样值和匹配滤波处理输出的所有样本值，计算噪声功率，记为
⑤根据计算检验统计量，记为T，其中，y(N)表示匹配滤波处理输出的第N个样本值；
⑥根据和设定的虚警概率Pf，计算判决门限，记为λ，其中，0≤Pf≤1，z(Pf)表示标准正太分布的上分位点为Pf的值；
⑦比较检验统计量T与判决门限λ的大小，如果T≥λ，则判定其它无线通信业务正占用信道；如果T＜λ，则判定其它无线通信业务未占用信道。
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已知噪声不确定性的双门限协作频谱感知;胡小宁等;《计算机工程与应用》;20121231;158-160
新型抗噪声不确定度谱分段对消频谱感知算法;齐佩汉等;《西安电子科技大学学报》;20131231;第40卷(第6期);19-24

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