CN105898756A - 一种对抗噪声不确定性的循环特征检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种对抗噪声不确定性的循环特征检测方法，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中频信号；然后对时域连续的中频信号进行时域采样处理，得到对应的时域离散的中频信号；接着通过时域离散的中频信号中的所有采样值计算离散循环频率和离散频率所对应的循环谱值；再根据循环谱值和预设的虚警概率获取判决门限，并根据循环谱值获取检验统计量；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；优点是在设置判决门限时不需要知道噪声功率的精确值，在噪声功率的精确值未知时即在存在噪声不确定性时仍然具有较好的检测性能。

Description

一种对抗噪声不确定性的循环特征检测方法
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，尤其是涉及一种对抗噪声不确定性的循环特征检测方法。
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。
现有的频谱感知方法主要有能量检测法、协方差矩阵检测法、特征值检测法、循环特征检测法等。相比能量检测法、协方差矩阵检测法和特征值检测法，循环特征检测法具有更高的检测性能。然而，现有的循环特征检测法对噪声不确定性是不稳健的，也就是说，当存在噪声不确定性时，现有的循环特征检测法的检测性能会急剧下降。因此，为了使循环特征检测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循环特征检测法。
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循环特征检测方法，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循环特征检测方法，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中频信号；然后对时域连续的中频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中频信号，其中，N的取值为2的正整数次幂且N≥512；
③令S表示一个包含N个元素的集合，并令
其中，符号“{ }”为集合表示形式，S中有N-1个非零元素和1个零元素；然后将S中的每个非零元素作为一个离散循环频率，并将S中的每个元素作为一个离散频率；接着将N-1个离散循环频率和N个离散频率组合成(N-1)×N个不同的频率组合；再通过时域离散的中频信号中的N个采样值计算每个频率组合所对应的循环谱值，共得到(N-1)×N个循环谱值；
④令λ表示判决门限；将步骤③中得到的(N-1)×N个循环谱值按从大到小的顺序排列，然后将排序后的第M个循环谱值赋值给判决门限λ，其中，M为一个正整数，M∈[1,(N-1)×N]，M的具体值根据预设的虚警概率Pf得到，符号“”为向上取整符号，0<Pf<1；
⑤令T表示检验统计量；将步骤③中得到的离散频率为0的(N-1)个频率组合所对应的(N-1)个循环谱值中的最大值赋值给T；
⑥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)本发明方法在设置判决门限时不需要知道噪声功率的精确值，因此本发明方法有效地克服了现有的循环特征检测法在设置判决门限时需要知道噪声功率的精确值的缺陷。
2)由于本发明方法克服了现有的循环特征检测法需要知道噪声功率的精确值的缺陷，因此本发明方法在噪声功率的精确值未知时即在存在噪声不确定性时仍然具有较好的检测性能。
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循环特征检测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循环特征检测方法，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中频信号；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中频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中频信号，其中，N的取值为2的正整数次幂且N≥512，在本实施例中取N＝1024。
在此，时域采样处理时采样周期是等间隔的。
③令S表示一个包含N个元素的集合，并令
即其中，符号“{}”为集合表示形式，S中有N-1个非零元素和1个零元素；然后将S中的每个非零元素作为一个离散循环频率，并将S中的每个元素作为一个离散频率；接着将N-1个离散循环频率和N个离散频率组合成(N-1)×N个不同的频率组合；再利用现有技术通过时域离散的中频信号中的N个采样值计算每个频率组合所对应的循环谱值，共得到(N-1)×N个循环谱值。
④令λ表示判决门限；将步骤③中得到的(N-1)×N个循环谱值按从大到小的顺序排列，然后将排序后的第M个循环谱值赋值给判决门限λ，其中，M为一个正整数，M∈[1,(N-1)×N]，M的具体值根据预设的虚警概率Pf得到，符号“”为向上取整符号，0<Pf<1。
⑤令T表示检验统计量；将步骤③中得到的离散频率为0的(N-1)个频率组合所对应的(N-1)个循环谱值中的最大值赋值给T。
⑥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，进一步说明本发明方法的可行性和有效性。
假设时域离散的中频信号中的采样值的个数为N＝1024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循环特征检测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-12dB、噪声不确定度从0dB增加到1dB时，现有的循环特征检测法的检测概率从0.937下降到0.7，而本发明方法的检测概率保持0.95不变。

Claims (1)

1.一种对抗噪声不确定性的循环特征检测方法，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中频信号；然后对时域连续的中频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中频信号，其中，N的取值为2的正整数次幂且N≥512；
③令S表示一个包含N个元素的集合，并令
其中，符号“{}”为集合表示形式，S中有N-1个非零元素和1个零元素；然后将S中的每个非零元素作为一个离散循环频率，并将S中的每个元素作为一个离散频率；接着将N-1个离散循环频率和N个离散频率组合成(N-1)×N个不同的频率组合；再通过时域离散的中频信号中的N个采样值计算每个频率组合所对应的循环谱值，共得到(N-1)×N个循环谱值；
④令λ表示判决门限；将步骤③中得到的(N-1)×N个循环谱值按从大到小的顺序排列，然后将排序后的第M个循环谱值赋值给判决门限λ，其中，M为一个正整数，M∈[1,(N-1)×N]，M的具体值根据预设的虚警概率Pf得到，符号为向上取整符号，0<Pf<1；
⑤令T表示检验统计量；将步骤③中得到的离散频率为0的(N-1)个频率组合所对应的(N-1)个循环谱值中的最大值赋值给T；
⑥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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