CN106788816A - 一种信道状态检测方法及装置 - Google Patents

一种信道状态检测方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106788816A
CN106788816A CN201611089768.6A CN201611089768A CN106788816A CN 106788816 A CN106788816 A CN 106788816A CN 201611089768 A CN201611089768 A CN 201611089768A CN 106788816 A CN106788816 A CN 106788816A
Authority
CN
China
Prior art keywords
channel
impulsive noise
current detection
detection cycle
noise
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201611089768.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106788816B (zh
Inventor
安春燕
陆阳
李建岐
刘伟麟
李斌
陶艺文
赵成林
章扬
刘文亮
林树
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Corp of China SGCC
Beijing University of Posts and Telecommunications
Global Energy Interconnection Research Institute
State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
Xiamen Power Supply Co of State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
Original Assignee
State Grid Corp of China SGCC
Beijing University of Posts and Telecommunications
Global Energy Interconnection Research Institute
State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
Xiamen Power Supply Co of State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Corp of China SGCC, Beijing University of Posts and Telecommunications, Global Energy Interconnection Research Institute, State Grid Fujian Electric Power Co Ltd, Xiamen Power Supply Co of State Grid Fujian Electric Power Co Ltd filed Critical State Grid Corp of China SGCC
Priority to CN201611089768.6A priority Critical patent/CN106788816B/zh
Publication of CN106788816A publication Critical patent/CN106788816A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106788816B publication Critical patent/CN106788816B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/382—Monitoring; Testing of propagation channels for resource allocation, admission control or handover
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W24/00—Supervisory, monitoring or testing arrangements
    • H04W24/08—Testing, supervising or monitoring using real traffic
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/14—Spectrum sharing arrangements between different networks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Noise Elimination (AREA)

Abstract

本发明提供一种信道状态检测方法及装置，通过获取当前检测周期内的系统观测值，根据所述系统观测值和先验信息计算所述当前检测周期的信道估计值和脉冲噪声估计值，根据所述信道估计值和脉冲噪声估计值确定所述当前检测周期内的信道状态。在含有随机脉冲噪声的无线电磁环境下，通过对脉冲噪声的估计，有效消除了信道状态检测过程中的统计信息不确定性，极大限度降低了由于脉冲能量导致的虚警检测，显著提升了复杂电磁脉冲噪声下信道状态检测的准确度。

Description

一种信道状态检测方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种信道状态检测方法及装置。
背景技术
智能电网技术借助于先进的无线通信与自动控制技术，为复杂电磁环境下的变电设备的实时监管与异常处理提供了变革性的实现方案，确保无线变电站安全与正常运转。然而，在复杂的电磁环境下，其噪声与干扰和变电设备的运转息息相关，已不再服从蜂窝无线通信中所通常架设的高斯统计分布；以脉冲噪声或干扰为例，其在时间上呈现出一定的稀疏性，且幅值能量通常远超于有用信号，这使得传统无线通信信号处理技术已很难适用于复杂的脉冲电磁环境。
信道状态检测对于复杂无线电磁环境中的可靠通信至关重要。空闲信道虚警检测可能浪费宝贵的时隙与频谱资源，而占用信道漏检则会导致发送数据碰撞，继而影响自身与其余用户的通信质量。因此，复杂无线电磁环境中对信道状态检测要求较高的准确度。对面向变电站应用的复杂无线电磁环境而言，信道状态检测过程中可能含有持续时间很短、但幅值很高的脉冲噪声，致使传统的能量观测量呈现出显著随机波动，其统计特性的不确定性将导致信道状态检测的准确性严重下降。在这种情况下，传统的基于能量检测的信道状态检测方法的虚警概率会显著增大，导致复杂电磁脉冲噪声下信道状态检测的准确度较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有的复杂电磁脉冲噪声下信道状态检测准确度较低的缺陷。
本发明提供一种信道状态检测方法，包括：
获取当前检测周期内的系统观测值，所述系统观测值包括占用信道的用户信号能量或脉冲噪声能量或背景噪声能量或所述用户信号能量、所述脉冲噪声能量、所述背景噪声能量中至少两者的能量和；
根据所述系统观测值和先验信息计算所述当前检测周期的信道估计值和脉冲噪声估计值，所述先验信息是前一周期的系统观测值或者前N个周期的系统估计值，其中N大于或等于1；
根据所述信道估计值和脉冲噪声估计值确定所述当前检测周期内的信道状态。
优选地，所述根据所述信道估计值和脉冲噪声估计值确定所述当前检测周期内的信道状态，包括：
根据所述信道估计值判断所述当前检测周期内的信道是否为空闲状态；
当所述当前检测周期内的信道为空闲状态时，根据所述脉冲噪声估计值判断所述当前检测周期内的信道是否存在脉冲噪声；
当所述当前检测周期内的信道存在脉冲噪声时，计算所述脉冲噪声的幅值。
优选地，所述根据所述信道估计值判断所述当前检测周期内的信道是否为空闲状态，包括：
将所述信道估计值与预设信道判决门限值进行比较；
当所述信道估计值小于所述预设信道判决门限值时，判定所述当前检测周期内的信道为空闲状态。
优选地，当所述信道估计值大于等于所述预设信道判决门限值时，判定所述当前检测周期内的信道为占用状态。
优选地，所述根据所述脉冲噪声估计值判断所述当前检测周期内的信道是否存在脉冲噪声，包括：
将所述脉冲噪声估计值与预设噪声判决门限值进行比较；
当所述脉冲噪声估计值大于等于所述预设噪声判决门限值时，判定所述当前检测周期内的信道存在脉冲噪声。
优选地，当所述脉冲噪声估计值小于所述预设噪声判决门限值时，判定所述当前检测周期内的信道不存在脉冲噪声。
本发明还提供一种信道状态检测装置，包括：
获取单元，用于获取当前检测周期内的系统观测值，所述系统观测值包括占用信道的用户信号能量或脉冲噪声能量或背景噪声能量或所述用户信号能量、所述脉冲噪声能量、所述背景噪声能量中至少两者的能量和；
计算单元，用于根据所述系统观测值和先验信息计算所述当前检测周期的信道估计值和脉冲噪声估计值，所述先验信息是前一周期的系统观测值或者前N个周期的系统估计值，其中N大于或等于1；
信道状态确定单元，用于根据所述信道估计值和脉冲噪声估计值确定所述当前检测周期内的信道状态。
优选地，所述信道状态确定单元包括：
信道状态判断单元，用于根据所述信道估计值判断所述当前检测周期内的信道是否为空闲状态；
脉冲噪声判断单元，用于当所述当前检测周期内的信道为空闲状态时，根据所述脉冲噪声估计值判断所述当前检测周期内的信道是否存在脉冲噪声；
脉冲噪声幅值计算单元，用于当所述当前检测周期内的信道存在脉冲噪声时，计算所述脉冲噪声的幅值。
优选地，所述信道状态判断单元包括：
信道估计值比较单元，用于将所述信道估计值与预设信道判决门限值进行比较；
信道状态判定单元，用于当所述信道估计值小于所述预设信道判决门限值时，判定所述当前检测周期内的信道为空闲状态；当所述信道估计值大于等于所述预设信道判决门限值时，判定所述当前检测周期内的信道为占用状态。
优选地，所述脉冲噪声判断单元包括：
脉冲噪声估计值比较单元，用于将所述脉冲噪声估计值与预设噪声判决门限值进行比较；
脉冲噪声判定单元，用于当所述脉冲噪声估计值大于等于所述预设噪声判决门限值时，判定所述当前检测周期内的信道存在脉冲噪声；当所述脉冲噪声估计值小于所述预设噪声判决门限值时，判定所述当前检测周期内的信道不存在脉冲噪声。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供一种信道状态检测方法及装置，通过获取当前检测周期内的系统观测值，根据所述系统观测值和先验信息计算所述当前检测周期的信道估计值和脉冲噪声估计值，根据所述信道估计值和脉冲噪声估计值确定所述当前检测周期内的信道状态。在含有随机脉冲噪声的无线电磁环境下，通过对脉冲噪声的估计，有效消除了信道状态检测过程中的统计信息不确定性，极大限度降低了由于脉冲能量导致的虚警检测，显著提升了复杂电磁脉冲噪声下信道状态检测的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种信道状态检测方法的流程图；
图2为图1所示的信道状态检测方法中信道状态确定的流程图；
图3为图2所示的信道状态确定中判断信道是否为空闲状态的流程图；
图4为图2所示的信道状态确定中判断信道是否存在脉冲噪声的流程图；
图5为一种信道状态检测装置的示意图；
图6为图5所示的信道状态检测装置中信道状态确定单元的示意图；
图7为图6所示的信道状态确定单元中信道状态判断单元的示意图；
图8为图6所示的信道状态确定单元中脉冲噪声判断单元的示意图；
图9为通过计算机仿真得到的脉冲噪声幅值估计的均方差的示意图；
图10为复杂电磁环境下的信道状态检测性能的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种信道状态检测方法，如图1所示，包括：
S1：获取当前检测周期内的系统观测值，所述系统观测值包括占用信道的用户信号能量或脉冲噪声能量或背景噪声能量或所述用户信号能量、所述脉冲噪声能量、所述背景噪声能量中至少两者的能量和。
S2：根据所述系统观测值和先验信息计算所述当前检测周期的信道估计值和脉冲噪声估计值，所述先验信息是前一周期的系统观测值或者前N个周期的系统估计值，其中N大于或等于1。
具体地，该方法在第一个检测周期内获取到系统观测值，该系统观测值将作为第二个检测周期的先验信息，根据该先验信息和第二个检测周期的系统观测值计算第二个检测周期的信道估计值和脉冲噪声估计值。当该方法在第(N+1)个检测周期内时，前N个周期的系统估计值将作为第(N+1)个检测周期的先验信息，根据该先验信息和第(N+1)个检测周期的系统观测值计算第(N+1)个检测周期的信道估计值和脉冲噪声估计值。其中，系统估计值包括信道估计值和脉冲噪声估计值。
S3：根据所述信道估计值和脉冲噪声估计值确定所述当前检测周期内的信道状态。
本发明提供的信道状态检测方法及装置，通过获取当前检测周期内的系统观测值，根据所述系统观测值和先验信息计算所述当前检测周期的信道估计值和脉冲噪声估计值，根据所述信道估计值和脉冲噪声估计值确定所述当前检测周期内的信道状态。在含有随机脉冲噪声的无线电磁环境下，通过对脉冲噪声的估计，有效消除了信道状态检测过程中的统计信息不确定性，极大限度降低了由于脉冲能量导致的虚警检测，显著提升了复杂电磁脉冲噪声下信道状态检测的准确度。
作为一个优选的实施方式，如图2所示，上述步骤S3可以包括如下子步骤：
S31：根据所述信道估计值判断所述当前检测周期内的信道是否为空闲状态；
S32：当所述当前检测周期内的信道为空闲状态时，根据所述脉冲噪声估计值判断所述当前检测周期内的信道是否存在脉冲噪声；
S33：当所述当前检测周期内的信道存在脉冲噪声时，计算所述脉冲噪声的幅值。
进一步地，如图3所示，上述步骤S31可以包括如下子步骤：
S311：将所述信道估计值与预设信道判决门限值进行比较，当所述信道估计值小于所述预设信道判决门限值时，执行步骤S312；当所述信道估计值大于等于所述预设信道判决门限值时，执行步骤S313。
S312：判定所述当前检测周期内的信道为空闲状态。
S313：判定所述当前检测周期内的信道为占用状态。
作为一个优选的实施方式，如图4所示，上述步骤S32可以包括如下子步骤：
S321：将所述脉冲噪声估计值与预设噪声判决门限值进行比较；当所述脉冲噪声估计值大于等于所述预设噪声判决门限值时，执行步骤S322；当所述脉冲噪声估计值小于所述预设噪声判决门限值时，执行步骤S323。
S322：判定所述当前检测周期内的信道存在脉冲噪声。
S323：判定所述当前检测周期内的信道不存在脉冲噪声。
具体地，在本实施例中，可以首先针对复杂电磁环境建立一个相对应的动态状态空间模型。
动态状态空间模型又称为动态系统理论，一般用来分析不可直接观测的系统未知状态。考虑未知信道占用状态、脉冲噪声状态以及信道中的背景噪声，建立动态状态空间模型如式(1)所示。
式(1)中，前两方程为对应于信道占用状态和脉冲噪声的状态方程，后一方程为观测方程。其中，sk,m表示在k时刻m采样点处的占用信道的用户信号，s取值于用户信号状态空间S；k为离散检测时隙标号；m为离散数值，表示在一个信道检测时隙内部的第m个采样点。方程F表示信道占用状态的转移过程为一个一阶马尔可夫过程。ik表示在第k时刻的脉冲噪声，k’表示上一次脉冲噪声出现的检测时隙。方程N表示脉冲噪声的非线性的状态转移过程同样为一个一阶马尔可夫过程。yk表示k时刻的观测值，观测方程M表示了观测值与用户信号状态、脉冲噪声状态以及信道中的背景噪声之间的关系。其中wk,m表示k时刻m采样点处的背景噪声，定义该噪声为一个零均值高斯白噪声，方差为σ2，即wk,m～N(0,σ2)。高斯白噪声独立于信道占用信号以及脉冲噪声。假设信道占用信号为确定值s，脉冲噪声在一个信道检测时隙内部至多出现一次，且只持续一个采样点长度。
对于信道占用状态，其当前时刻状态只与上一时刻有关，对于空闲信道检测，待检测信道有两个状态：空闲和占用，即S＝{S0,S1}。状态转移概率可用式(2)来表示。
式(2)中，pb表示在上一时隙待检测信道为空闲状态而当前时刻被占用的概率；ps表示在上一时隙待检测信道被占用而当前时刻为空闲状态的概率，即式(3)。
对于脉冲噪声I，也有两个可能的状态：不出现或者出现，即I＝{I0,I1}。假设脉冲噪声在基于检测时隙层面上出现的间隔持续时间服从泊松分布，如式(4)所示。
式(4)中，参数1/λ表示脉冲噪声的发生率，kd表示脉冲噪声间隔持续离散时间。此外，建模脉冲噪声幅值服从高斯分布。
对于能量观测值yk，由于在每一检测时间窗内，观测到的能量值可分为待检测信道是否被占用和是否存在脉冲噪声I的4种情况，能量观测模型如式(5)表示。
式(5)中，M＝Ts×fs表示检测周期Ts内采样点数，fs为采样频率。由上式可得出当信道状态为空闲，且无脉冲噪声时，能量观测值服从自由度为M的中心卡方分布，其余情况能量观测值服从自由度为M的非中心卡方分布。
对所述信道占用状态和所述脉冲噪声状态进行联合迭代序贯估计。
将未知的信道占用信号状态和未知的脉冲噪声状态看作两个伯努利随机有限集合。设信道被占用的概率为q，占用情况下的信号空间概率分布为t(s)；设脉冲噪声存在的概率为p，存在情况下的空间概率分布为r(i)。利用传统的最佳贝叶斯随机滤波框架，将估计过程主要分为预测和更新两步，估计的目的即为对上述的4个变量的估计。估计流程主要分为以下4个步骤。
1)未知系统状态预测步骤
对于未知系统占用状态，根据上一时刻估计结果以及先验信息，根据科尔莫戈罗夫方程推导出授权用户信号预测存在概率如式(6)所示。
qk|k-1＝pb(1-qk-1|k-1)+psqk-1|k-1 (6)
式(6)中，qk-1|k-1为上一时刻关于信道被占用的概率的后验估计值。注意到伯努利随机有限集合S的存在概率q和存在情况下的空间概率分布t(s)的乘积即为总概率分布，根据伯努利随机有限集合S的总概率分布方程可推导得出空间概率分布如式(7)所示。
式(7)中，bk|k-1(s)为突发占用信道的信号分布，和占用信号幅值s取值有关；πk|k-1(s|s’)为持续占用信道(上一时刻占用，当前时刻依然占用)的信号分布，同样和幅值s取值有关；tk-1|k-1(s’)为上一时刻估计的信道占用状态的后验空间概率分布。
对于脉冲噪声I，根据上一时刻估计结果以及先验信息，根据科尔莫戈罗夫方程推导出脉冲噪声预测存在概率如式(8)所示。
式(8)中，pi|i为上一脉冲噪声出现时刻关于其存在概率的后验估计值。
利用同样的方法推导出脉冲噪声预测不存在的概率如式(9)所示。
归一化得到脉冲噪声预测存在概率如式(10)所示。
注意到伯努利随机有限集合I的存在概率p和存在情况下的空间概率分布r(i)的乘积即为总概率分布，根据伯努利随机有限集合I的总概率分布方程可推导得出空间概率分布如式(11)所示。
rk|k'(i)＝pk'|k'π'k|k'(i) (11)
式(11)中，其中π’k|k’(i)为脉冲噪声的生存分布，与脉冲噪声的出现幅值概率分布有关。
2)系统状态间迭代关系挖掘
注意到信道占用状态和脉冲噪声虽然各自的状态转移相互独立，但二者对系统能量观测值的影响却是相互耦合的。具体来说，能量观测值的大幅波动可能的因素未知，信道占用信号与脉冲噪声都有可能成为系统观测值中的一部分，都可能造成能量观测值的波动。因此能否准确挖掘两种影响间的迭代关系以准确分辨波动来自信道占用状态变化或者出现脉冲噪声，成为能否正确判断信道是否空闲的关键。同时注意到，系统状态间的迭代嵌套关系直接反映到能量观测值，进而最终反映到似然函数中，本发明设计了一种似然函数计算方法以体现两系统状态间的嵌套关系。
利用贝叶斯原理推导伯努利随机有限集合S和I的后验概率分布需要根据能量观测值yk计算各自的似然函数。根据前文所述，能量观测值中可能的四种情况的似然函数可由式(12)表示。
式(12)中，κ1、κ2、κ3为非中心参数。
已知上述四种单独情况下的似然函数，本方案在为两系统状态计算似然函数过程中，将预测步骤的结果作为先验信息，采用计算边缘概率期望的方式推导似然函数。即计算信道占用状态似然函数时以脉冲噪声预测概率作为先验条件，反之亦然。这样，嵌套关系便反映到似然函数计算中。
由式(12)和上述预测脉冲噪声存在概率计算得信道占用状态似然函数如式(13)所示。
由式(12)和上述预测信道占用概率计算得脉冲噪声似然函数如式(14)所示。
3)系统状态更新步骤
对于信道占用状态，利用预测得到的伯努利随机有限集合S的概率分布以及似然函数通过贝叶斯公式推导出信道被占用的后验概率如式(15)所示。
根据后验总概率分布推导得占用信道的信号后验空间概率分布如式(16)所示。
对于脉冲噪声I，利用预测得到的伯努利随机有限集合I的概率分布以及似然函数通过贝叶斯公式推导出脉冲噪声的后验存在概率如式(17)所示。
根据后验总概率分布推导得脉冲噪声的后验空间概率分布如式(18)所示。
对于如同式(15)中分子形式的复杂积分计算，由于空间概率分布一般具有非线性、非高斯的性质，从而很难用一般数学方法计算，运算复杂度很高。本发明采用了基于蒙特卡洛思想的粒子滤波算法，即根据重要性采样原理，选择重要性采样函数，采样得到一组带有权重ω(i)的离散粒子x(i)来逼近复杂的后验分布p(x)，即有p(x)＝∑iω(i)δ(x-x(i))。其中，离散粒子x(i)及其权重ω(i)将随着迭代估计算法流程进行序贯更新。由此，复杂的积分运算可简化为求和运算，使算法变得可实现的同时降低了运算复杂度。
4)判决步骤
根据当前时刻信道被占用概率估计值，设置判决门限0.5，信道占用状态判决准则如式(19)所示。
根据脉冲噪声后验存在概率估计值，设置判决门限0.5，脉冲噪声存在判决准则如式(20)所示。
根据对脉冲噪声存在情况下的后验空间概率分布的估计，通过贝叶斯最大后验概率准则确定估计的脉冲噪声幅值，判决准则如式(21)所示。
对上述信道检测方法进行计算机仿真，得到对于脉冲噪声幅值估计的均方差如图9所示，得到对于上述复杂电磁环境下的信道检测性能如图10所示。
仿真设置采样点数M为20，授权用户信号幅值s为1，分别设置脉冲噪声幅值均值为授权用户信号幅值的3倍、3.3倍、3.5倍。
图9显示随着信噪比增大，对脉冲噪声的幅值的估计均方值呈下降趋势，即信噪比越大，脉冲噪声幅值估计值越准确；而随着脉冲噪声误差均值的下降，脉冲噪声对信道检测的负面影响也得以降低，信道状态检测精度得以提升。
图10显示了复杂电磁环境下的信道状态检测性能比较，实线表示本发明提出的信道状态检测方法的性能，虚线表示传统能量检测方法的性能。从图10可以看出，随着信噪比增大，信道状态检测的性能提升，同时与传统能量检测方法相比，本发明的方法在复杂电磁环境中具有更优异的检测性能。
本发明提出的方法在每个检测周期内通过利用对于信道状态以及脉冲噪声的先验历史信息和当前时刻观测信息，并以迭代伯努利滤波的方式实现对当前时刻信道占用状态的较准确估计，得出对于当前检测周期内信道占用状态的检测结果，并且将估计的结果作为先验信息运用到下一检测周期的估计过程中去，从而实现了信道状态检测的实时性。
在一个检测周期内，在对当前时刻信道占用状态估计的基础上，还对信道中的脉冲噪声的出现情况以及噪声幅值作出较准确的估计。这样，在完成一个检测周期的检测后，物理层除了能向上层上报信道占用状态之外，还能上报当前时刻脉冲噪声的相关信息，为后续的资源分配提供了更全面的链路信息。
通过粒子滤波方法将复杂的积分运算变为有限的求和运算，在使得算法可实现的同时也极大地降低了运算复杂度。该方法在对检测周期内的各采样点处获得能量观测值的基础上，只需进行有限次的运算便可完成估计过程。
本发明将未知的信道占用状态与突发式的脉冲噪声作为两个未知隐含状态，采用两个伯努利随机有限集合描述其动态特性，通过迭代与嵌套方式实现混合估计，同时借助粒子滤波方法有效地降低了所述方法的实现复杂度。在含有随机脉冲噪声的无线电磁环境下，通过对脉冲噪声的估计，有效消除了信道状态检测过程中的统计信息不确定性，极大限度降低了由于脉冲能量导致的虚警检测，显著提升了复杂电磁脉冲噪声下信道状态检测的准确度。
实施例2
本实施例提供一种信道状态检测装置，如图5所示，包括获取单元10、计算单元20和信道状态确定单元30。
获取单元10，用于获取当前检测周期内的系统观测值，所述系统观测值包括占用信道的用户信号能量或脉冲噪声能量或背景噪声能量或所述用户信号能量、所述脉冲噪声能量、所述背景噪声能量中至少两者的能量和；
计算单元20，用于根据所述系统观测值和先验信息计算所述当前检测周期的信道估计值和脉冲噪声估计值，所述先验信息是前一周期的系统观测值或者前N个周期的系统估计值，其中N大于或等于1；
信道状态确定单元30，用于根据所述信道估计值和脉冲噪声估计值确定所述当前检测周期内的信道状态。
本发明提供的信道状态检测装置，通过获取当前检测周期内的系统观测值，根据所述系统观测值和先验信息计算所述当前检测周期的信道估计值和脉冲噪声估计值，根据所述信道估计值和脉冲噪声估计值确定所述当前检测周期内的信道状态。在含有随机脉冲噪声的无线电磁环境下，通过对脉冲噪声的估计，有效消除了信道状态检测过程中的统计信息不确定性，极大限度降低了由于脉冲能量导致的虚警检测，显著提升了复杂电磁脉冲噪声下信道状态检测的准确度。
作为一个优选的实施方式，如图6所示，信道状态确定单元30可以包括：
信道状态判断单元31，用于根据所述信道估计值判断所述当前检测周期内的信道是否为空闲状态；
脉冲噪声判断单元32，用于当所述当前检测周期内的信道为空闲状态时，根据所述脉冲噪声估计值判断所述当前检测周期内的信道是否存在脉冲噪声；
脉冲噪声幅值计算单元33，用于当所述当前检测周期内的信道存在脉冲噪声时，计算所述脉冲噪声的幅值。
进一步地，如图7所示，信道状态判断单元31可以包括：
信道估计值比较单元311，用于将所述信道估计值与预设信道判决门限值进行比较；
信道状态判定单元312，用于当所述信道估计值小于所述预设信道判决门限值时，判定所述当前检测周期内的信道为空闲状态；当所述信道估计值大于等于所述预设信道判决门限值时，判定所述当前检测周期内的信道为占用状态。
作为一个优选的实施方式，如图8所示，脉冲噪声判断单元32可以包括：
脉冲噪声估计值比较单元321，用于将所述脉冲噪声估计值与预设噪声判决门限值进行比较；
脉冲噪声判定单元322，用于当所述脉冲噪声估计值大于等于所述预设噪声判决门限值时，判定所述当前检测周期内的信道存在脉冲噪声；当所述脉冲噪声估计值小于所述预设噪声判决门限值时，判定所述当前检测周期内的信道不存在脉冲噪声。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种信道状态检测方法，其特征在于，包括：
获取当前检测周期内的系统观测值，所述系统观测值包括占用信道的用户信号能量或脉冲噪声能量或背景噪声能量或所述用户信号能量、所述脉冲噪声能量、所述背景噪声能量中至少两者的能量和；
根据所述系统观测值和先验信息计算所述当前检测周期的信道估计值和脉冲噪声估计值，所述先验信息是前一周期的系统观测值或者前N个周期的系统估计值，其中N大于或等于1；
根据所述信道估计值和脉冲噪声估计值确定所述当前检测周期内的信道状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述信道估计值和脉冲噪声估计值确定所述当前检测周期内的信道状态，包括：
根据所述信道估计值判断所述当前检测周期内的信道是否为空闲状态；
当所述当前检测周期内的信道为空闲状态时，根据所述脉冲噪声估计值判断所述当前检测周期内的信道是否存在脉冲噪声；
当所述当前检测周期内的信道存在脉冲噪声时，计算所述脉冲噪声的幅值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述信道估计值判断所述当前检测周期内的信道是否为空闲状态，包括：
将所述信道估计值与预设信道判决门限值进行比较；
当所述信道估计值小于所述预设信道判决门限值时，判定所述当前检测周期内的信道为空闲状态。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述信道估计值大于等于所述预设信道判决门限值时，判定所述当前检测周期内的信道为占用状态。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述脉冲噪声估计值判断所述当前检测周期内的信道是否存在脉冲噪声，包括：
将所述脉冲噪声估计值与预设噪声判决门限值进行比较；
当所述脉冲噪声估计值大于等于所述预设噪声判决门限值时，判定所述当前检测周期内的信道存在脉冲噪声。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述脉冲噪声估计值小于所述预设噪声判决门限值时，判定所述当前检测周期内的信道不存在脉冲噪声。
7.一种信道状态检测装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取当前检测周期内的系统观测值，所述系统观测值包括占用信道的用户信号能量或脉冲噪声能量或背景噪声能量或所述用户信号能量、所述脉冲噪声能量、所述背景噪声能量中至少两者的能量和；
计算单元，用于根据所述系统观测值和先验信息计算所述当前检测周期的信道估计值和脉冲噪声估计值，所述先验信息是前一周期的系统观测值或者前N个周期的系统估计值，其中N大于或等于1；
信道状态确定单元，用于根据所述信道估计值和脉冲噪声估计值确定所述当前检测周期内的信道状态。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述信道状态确定单元包括：
信道状态判断单元，用于根据所述信道估计值判断所述当前检测周期内的信道是否为空闲状态；
脉冲噪声判断单元，用于当所述当前检测周期内的信道为空闲状态时，根据所述脉冲噪声估计值判断所述当前检测周期内的信道是否存在脉冲噪声；
脉冲噪声幅值计算单元，用于当所述当前检测周期内的信道存在脉冲噪声时，计算所述脉冲噪声的幅值。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述信道状态判断单元包括：
信道估计值比较单元，用于将所述信道估计值与预设信道判决门限值进行比较；
信道状态判定单元，用于当所述信道估计值小于所述预设信道判决门限值时，判定所述当前检测周期内的信道为空闲状态；当所述信道估计值大于等于所述预设信道判决门限值时，判定所述当前检测周期内的信道为占用状态。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述脉冲噪声判断单元包括：
脉冲噪声估计值比较单元，用于将所述脉冲噪声估计值与预设噪声判决门限值进行比较；
脉冲噪声判定单元，用于当所述脉冲噪声估计值大于等于所述预设噪声判决门限值时，判定所述当前检测周期内的信道存在脉冲噪声；当所述脉冲噪声估计值小于所述预设噪声判决门限值时，判定所述当前检测周期内的信道不存在脉冲噪声。
CN201611089768.6A 2016-11-30 2016-11-30 一种信道状态检测方法及装置 Active CN106788816B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611089768.6A CN106788816B (zh) 2016-11-30 2016-11-30 一种信道状态检测方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611089768.6A CN106788816B (zh) 2016-11-30 2016-11-30 一种信道状态检测方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106788816A true CN106788816A (zh) 2017-05-31
CN106788816B CN106788816B (zh) 2020-11-13

Family

ID=58913429

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611089768.6A Active CN106788816B (zh) 2016-11-30 2016-11-30 一种信道状态检测方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106788816B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110337626A (zh) * 2016-12-21 2019-10-15 Abb公司 用于检测变电站中的错误数据注入的系统和方法
CN112350747A (zh) * 2020-10-20 2021-02-09 华北电力大学 一种利用状态估计的plc信道脉冲噪声检测方法和系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101359930A (zh) * 2008-09-12 2009-02-04 南京邮电大学 认知无线电系统中基于最大特征值的频谱感知方法
WO2011112439A2 (en) * 2010-03-12 2011-09-15 Nec Laboratories America, Inc. Efficient channel search with energy detection
CN102215089A (zh) * 2011-05-26 2011-10-12 王红星 基于最小后验差错概率的无线光通信脉冲位置调制检测和解调方法
CN102832967A (zh) * 2012-08-31 2012-12-19 中国人民解放军空军工程大学 一种超宽带脉冲信号检测方法
CN103117817A (zh) * 2013-01-09 2013-05-22 北京邮电大学 一种时变衰落信道下的频谱检测方法与装置
CN105052099A (zh) * 2013-03-28 2015-11-11 艾尔斯潘网络公司 用于确定将被发射机节点使用的调制控制信息和参考信号设计的系统和方法
CN105225673A (zh) * 2014-06-09 2016-01-06 杜比实验室特许公司 噪声水平估计
CN106027429A (zh) * 2015-03-27 2016-10-12 英特尔Ip公司 处理多个信号的方法和信号处理设备

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101359930A (zh) * 2008-09-12 2009-02-04 南京邮电大学 认知无线电系统中基于最大特征值的频谱感知方法
WO2011112439A2 (en) * 2010-03-12 2011-09-15 Nec Laboratories America, Inc. Efficient channel search with energy detection
CN102215089A (zh) * 2011-05-26 2011-10-12 王红星 基于最小后验差错概率的无线光通信脉冲位置调制检测和解调方法
CN102832967A (zh) * 2012-08-31 2012-12-19 中国人民解放军空军工程大学 一种超宽带脉冲信号检测方法
CN103117817A (zh) * 2013-01-09 2013-05-22 北京邮电大学 一种时变衰落信道下的频谱检测方法与装置
CN105052099A (zh) * 2013-03-28 2015-11-11 艾尔斯潘网络公司 用于确定将被发射机节点使用的调制控制信息和参考信号设计的系统和方法
CN105225673A (zh) * 2014-06-09 2016-01-06 杜比实验室特许公司 噪声水平估计
CN106027429A (zh) * 2015-03-27 2016-10-12 英特尔Ip公司 处理多个信号的方法和信号处理设备

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110337626A (zh) * 2016-12-21 2019-10-15 Abb公司 用于检测变电站中的错误数据注入的系统和方法
CN112350747A (zh) * 2020-10-20 2021-02-09 华北电力大学 一种利用状态估计的plc信道脉冲噪声检测方法和系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN106788816B (zh) 2020-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017028632A1 (zh) 一种配电网运行可靠性的预测方法
CN101795090B (zh) 预测光伏器件的电力产量的方法
CN113473514B (zh) 电力无线专网故障诊断模型训练方法、诊断方法及装置
CN108304685A (zh) 一种非线性退化设备剩余寿命预测方法及系统
KR101941854B1 (ko) 미취득 데이터 보정을 통한 부하 예측 시스템 및 방법
CN117078048B (zh) 基于数字孪生的智慧城市资源管理方法及系统
CN109543743B (zh) 一种基于重建预测残差的制冷机组多传感器故障诊断方法
CN110071692A (zh) 光伏组件故障判定方法、装置及控制器
CN110119758A (zh) 一种用电数据异常检测及模型训练方法、装置
CN107426019A (zh) 网络故障确定方法、计算机设备及计算机可读存储介质
CN114290960A (zh) 获取动力电池的电池健康度的方法、装置和车辆
CN106788816A (zh) 一种信道状态检测方法及装置
CN116449242A (zh) 一种面向用户的电池健康状态监测系统
CN115470850A (zh) 一种基于管网水质时空数据的水质异常事件识别预警方法
CN111738348B (zh) 一种电力数据异常检测方法和装置
CN113918433A (zh) 一种自适应的智慧网络设备性能指标异常检测装置及方法
CN113268730A (zh) 一种基于强化学习的智能电网虚假数据注入攻击检测方法
CN116128690B (zh) 一种碳排放量成本值计算方法、装置、设备及介质
CN112128950A (zh) 一种基于多种模型对比的机房温湿度预测方法及系统
CN116842464A (zh) 一种电池系统soc估计方法
CN106646106A (zh) 基于变点探测技术的电网故障检测方法
Weber et al. Diagnosability evaluation for a system-level diagnosis algorithm for wireless sensor networks
CN102970083B (zh) 基于噪声自适应随机共振系统的频谱感知方法
CN111859296B (zh) 一种基于装备使用期间的测试性指标评估方法及系统
CN111221479B (zh) 一种判断存储容量变化量异常的方法、系统及存储介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: 102209 Beijing City, the future of science and Technology City Binhe Road, No. 18, No.

Applicant after: Global energy Internet Institute, Inc.

Applicant after: Beijing University of Posts and Telecommunications

Applicant after: State Grid Fujian Electric Power Co., Ltd.

Applicant after: XIAMEN ELECTRIC POWER SUPPLY COMPANY OF STATE GRID FUJIAN ELECTRIC POWER CO. LTD.

Applicant after: State Grid Corporation of China

Address before: 102211 Beijing city Changping District Xiaotangshan town big East Village Road No. 270

Applicant before: GLOBAL ENERGY INTERCONNECTION RESEARCH INSTITUTE

Applicant before: Beijing University of Posts and Telecommunications

Applicant before: State Grid Fujian Electric Power Co., Ltd.

Applicant before: XIAMEN ELECTRIC POWER SUPPLY COMPANY OF STATE GRID FUJIAN ELECTRIC POWER CO. LTD.

Applicant before: State Grid Corporation of China

CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: 102209 18 Riverside Avenue, Changping District science and Technology City, Beijing

Applicant after: Global energy Internet Institute, Inc.

Applicant after: Beijing University of Posts and Telecommunications

Applicant after: State Grid Fujian Electric Power Co., Ltd.

Applicant after: XIAMEN ELECTRIC POWER SUPPLY COMPANY OF STATE GRID FUJIAN ELECTRIC POWER CO. LTD.

Applicant after: State Grid Corporation of China

Address before: 102209 18 Riverside Avenue, Changping District science and Technology City, Beijing

Applicant before: Global energy Internet Institute, Inc.

Applicant before: Beijing University of Posts and Telecommunications

Applicant before: State Grid Fujian Electric Power Co., Ltd.

Applicant before: XIAMEN ELECTRIC POWER SUPPLY COMPANY OF STATE GRID FUJIAN ELECTRIC POWER CO. LTD.

Applicant before: State Grid Corporation of China

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant