CN108847910B - 频谱感知方法和装置、频谱感知设备 - Google Patents

频谱感知方法和装置、频谱感知设备 Download PDF

Info

Publication number
CN108847910B
CN108847910B CN201810966250.9A CN201810966250A CN108847910B CN 108847910 B CN108847910 B CN 108847910B CN 201810966250 A CN201810966250 A CN 201810966250A CN 108847910 B CN108847910 B CN 108847910B
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency band
threshold
bandwidth
energy
band
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.)
Active
Application number
CN201810966250.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108847910A (zh
Inventor
郝秀娟
王国波
皮明峰
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.)
Guangzhou Haige Communication Group Inc Co
Original Assignee
Guangzhou Haige Communication Group Inc Co
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 Guangzhou Haige Communication Group Inc Co filed Critical Guangzhou Haige Communication Group Inc Co
Priority to CN201810966250.9A priority Critical patent/CN108847910B/zh
Publication of CN108847910A publication Critical patent/CN108847910A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108847910B publication Critical patent/CN108847910B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/309—Measuring or estimating channel quality parameters
    • H04B17/336—Signal-to-interference ratio [SIR] or carrier-to-interference ratio [CIR]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/309—Measuring or estimating channel quality parameters
    • H04B17/345—Interference values

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Transmission In General (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明涉及一种频谱方法和装置，该频谱方法包括步骤：获取射频信号携带的多个宽带信号的功率谱；根据各个宽带信号的功率谱确定特征频段，并获取各个宽带信号中的特征频段的带宽；将各个宽带信号中的特征频段的带宽与设定的带宽阈值进行比较；若特征频段的带宽大于带宽阈值，则根据特征频段获取用于通信的可用频段，使得可用频段由宽带信号内频段的能量值和该频段对应的带宽进行确定，避免了传统技术获取可用频段时容易受到噪声功率干扰的缺陷，保证了可用频段的质量，而且该方法复杂度低，有利于对可用频段进行高效和准确的感知，提高通信质量。还提供一种频谱感知设备和计算机可读存储介质。

Description

频谱感知方法和装置、频谱感知设备
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种频谱感知方法、频谱感知装置、频谱感知设备和计算机可读存储介质。
背景技术
通过天波传播和地波传播是将通信电磁波信号进行传播的主要方式，其中地波传播路径损耗比较大，一般适用于近距离通信，天波传播路径损耗相对较小，它通过电离层反射可以进行数千乃至上万公里的远距离通信，然而在通信信号在信道传播的过程中容易受到多种因素干扰造成通信不稳定。例如短波信道时典型的衰落信道，电离层高度、密度等变化都会引起短波通信的不稳定，短波通信频段较多，容易受到自然和人为的干扰。随着智能化、信息化装备的逐渐增多，电磁环境愈加恶略，频谱资源日益匮乏，因此利用如无线电台等设备在工作频段范围内进行频谱扫描，感知信道频谱状态，从而获得适宜的通信频段对提高通信质量具有非常重要的意义。
传统技术一般通过能量检测法对频谱进行感知，该方法是通过虚检概率和噪声功率设置检测门限从而依据该检测门限获取可用频段，然而在该方法实施的过程中发现这种技术的检测门限是在一定的噪声功率条件下设置的，由于噪声功率不易控制，在噪声功率较大时获取的可用频段质量偏低，而且这种技术依赖于复杂的检测门限计算公式，导致可用频段的感知效率偏低。
发明内容
基于此，有必要针对传统技术存在的上述问题，提供一种频谱感知方法、频谱感知装置、频谱感知设备和计算机可读存储介质。
一种频谱感知方法，包括步骤：
获取射频信号携带的多个宽带信号的功率谱；
根据各个所述宽带信号的功率谱确定特征频段，并获取各个所述宽带信号中的特征频段的带宽；其中，所述特征频段为能量值小于设定能量阈值的频段；
将各个所述宽带信号中的特征频段的带宽与设定的带宽阈值进行比较；
若所述特征频段的带宽大于所述带宽阈值，则根据所述特征频段获取用于通信的可用频段。
上述频谱感知方法，获取射频信号携带的多个宽带信号的功率谱，根据该功率谱确定能量值小于设定的能量阈值的特征频段，将各个宽带信号中的特征频段的带宽与带宽阈值进行比较，根据带宽大于所述带宽阈值的特征频段获取用于通信的可用频段，通过设定的能量阈值从各个所述宽带信号中筛选出特征频段，再结合设定的带宽阈值，从特征频段中筛选出带宽大于所述带宽阈值的特征频段，根据该特征频段确定可用频段，使得可用频段由宽带信号内频段的能量值和该频段对应的带宽进行确定，避免了传统技术获取可用频段时容易受到噪声功率干扰的缺陷，保证了用于通信的可用频段的质量，而且该方法复杂度低，提高了该可用频段的获取效率，有利于对可用频段进行准确感知，提高通信质量。
在一个实施例中，所述根据所述特征频段获取用于通信的可用频段的步骤包括：
确定带宽最大的特征频段；从所述带宽最大的特征频段中提取所述用于通信的可用频段。
在一个实施例中，所述确定带宽最大的特征频段的步骤包括：
将所述能量阈值与参考阈值进行比较；若所述能量阈值小于参考阈值，则获取带宽大于带宽阈值的所述特征频段，从该特征频段中提取带宽最大的特征频段。
在一个实施例中，还包括步骤：
根据各个所述宽带信号所在频段的噪声能量设置所述参考阈值。
在一个实施例中，所述根据各个所述宽带信号所在频段的噪声能量设置所述参考阈值的步骤包括：
按照设定的划分间隔分别在各个所述宽带信号中划分多个窄带频段；获取一设定时间内各个所述窄带频段的噪声能量值；从各个所述窄带频段的噪声能量值中提取噪声能量值小于设定的噪声阈值的噪声能量值；计算噪声能量值小于噪声阈值的所述噪声能量值的平均值；根据所述平均值设置所述参考阈值。
在一个实施例中，所述确定带宽最大的特征频段的步骤包括：
确定有效宽带信号的数目；其中，所述有效宽带信号为携带带宽大于带宽阈值的所述特征频段的宽带信号；将所述有效宽带信号的数目与设定的数目阈值进行比较；若所述有效宽带信号的数目小于所述数目阈值，则获取带宽大于带宽阈值的所述特征频段，从该特征频段中提取带宽最大的特征频段。
在一个实施例中，还包括步骤：
确定通信信号的预留通信频点数；根据所述预留通信频点数设置所述数目阈值。
在一个实施例中，还包括步骤：
确定各个所述宽带信号的带宽和通信信号的通信带宽；根据各个所述宽带信号的带宽和通信信号的通信带宽设置所述带宽阈值。
在一个实施例中，还包括步骤：
根据所述功率谱计算与该功率谱匹配的平均能量值；将所述平均能量值设为所述能量阈值。
在一个实施例中，所述根据所述功率谱计算与该功率谱匹配的平均能量值的步骤包括：
根据所述功率谱按照设定的划分间隔分别在各个所述宽带信号中划分多个窄带频段，确定各个所述窄带频段的能量值；根据各个所述窄带频段的能量值计算各个所述窄带频段的平均能量值，得到与所述功率谱匹配的平均能量值。
在一个实施例中，所述获取射频信号携带的多个宽带信号的功率谱的步骤包括：
获取所述射频信号携带的多个宽带信号；对各个所述宽带信号进行傅里叶变换得到所述功率谱。
在一个实施例中，所述根据各个所述宽带信号的功率谱确定特征频段的步骤包括：
确定各个所述宽带信号中的多个窄带频段；其中，所述窄带频段为在各个所述宽带信号中按照设定的划分间隔划分的窄带频段；根据所述功率谱确定各个所述窄带频段的能量值；将各个所述窄带频段的能量值与能量阈值进行比较；
根据比较结果在各个所述宽带信号中确定候选频段；其中，所述候选频段为能量值连续小于能量阈值的所述窄带频段所在频段；在各个所述宽带信号中将带宽最大的候选频段设为所述特征频段。
在一个实施例中，还提供了一种频谱感知方法，包括步骤：
根据如上任一项实施例所述的频谱感知方法获取用于通信的可用频段；
获取可用宽带信号的数目；其中，所述可用宽带信号为携带所述可用频段的宽带信号；
将所述可用宽带信号的数目与设定的数目阈值进行比较；若所述可用宽带信号的数目大于数目阈值，则将所述能量阈值与参考阈值进行比较；
若所述能量阈值大于参考阈值，则将所述能量阈值与设定的阈值步长进行作差处理得到差值，将该差值设为所述能量阈值并根据如上任一项实施例所述的频谱感知方法获取所述可用频段。
上述频谱感知方法，能够结合得到的可用宽带信号的数目以及设定的能量阈值对可用频段进行调整，在可用宽带信号的数目大于数目阈值以及能量阈值大于参考阈值的情况下按照设定的步长降低能量阈值，并利用降低的能量阈值重新感知可用频段，进一步保证可用频段的质量，有利于提高感知可用频段的准确度，保证通信质量。
在一个实施例中，提供了一种频谱感知装置，包括：
功率谱获取模块，用于获取射频信号携带的多个宽带信号的功率谱；
频段确定模块，用于根据各个所述宽带信号的功率谱确定特征频段，并获取各个所述宽带信号中的特征频段的带宽；其中，所述特征频段为能量值小于设定能量阈值的频段；
带宽比较模块，用于将各个所述宽带信号中的特征频段的带宽与设定的带宽阈值进行比较；
第一频段获取模块，用于若所述特征频段的带宽大于所述带宽阈值，则根据所述特征频段获取用于通信的可用频段。
上述频谱感知装置，使得可用频段由宽带信号内频段的能量值和该频段对应的带宽进行确定，避免了传统技术获取可用频段时容易受到噪声功率干扰的缺陷，保证了用于通信的可用频段的质量，而且该方法复杂度低，提高了该可用频段的获取效率，有利于对可用频段进行准确感知，提高通信质量。
在一个实施例中，还提供了一种频谱感知装置，包括：
第二频段获取模块，用于根据如上任一项实施例所述的频谱感知方法获取用于通信的可用频段；
数目获取模块，用于获取可用宽带信号的数目；其中，所述可用宽带信号为携带所述可用频段的宽带信号；
阈值比较模块，用于将所述可用宽带信号的数目与设定的数目阈值进行比较；若所述可用宽带信号的数目大于数目阈值，则将所述能量阈值与参考阈值进行比较；
第三频段获取模块，用于当所述能量阈值大于参考阈值时，将所述能量阈值与设定的阈值步长进行作差处理得到差值，将该差值设为所述能量阈值并根据如上任一项实施例所述的频谱感知方法获取所述可用频段。
上述频谱感知装置，能够结合得到的可用宽带信号的数目以及设定的能量阈值对可用频段进行调整，在可用宽带信号的数目大于数目阈值以及能量阈值大于参考阈值的情况下按照设定的步长降低能量阈值，并利用降低的能量阈值重新感知可用频段，进一步提高保证可用频段的质量，有利于提高感知可用频段的准确度，保证通信质量。
在一个实施例中，提供了一种频谱感知设备，包括：包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上任一项实施例所述的频谱感知方法的步骤。
上述频谱感知设备，通过所述处理器上运行的计算机程序，使得可用频段由宽带信号内频段的能量值和该频段对应的带宽进行确定，避免了传统技术获取可用频段时容易受到噪声功率干扰的缺陷，保证了用于通信的可用频段的质量，而且该方法复杂度低，提高了可用频段的获取效率，还能够应用于对短波通信系统的可用频段进行准确感知，提高短波通信的通信质量。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项实施例所述的频谱感知方法的步骤。
上述计算机可读存储介质，通过其存储的计算机程序，使得可用频段由宽带信号内频段的能量值和该频段对应的带宽进行确定，避免了传统技术获取可用频段时容易受到噪声功率干扰的缺陷，保证了用于通信的可用频段的质量，而且该方法复杂度低，提高了可用频段的获取效率，还能够应用于对短波通信系统的可用频段进行准确感知，提高短波通信的通信质量。
附图说明
图1为一个实施例中频谱感知方法的应用场景示意图；
图2为一个实施例中频谱感知方法的流程示意图；
图3为一个实施例中频段分布的示意图；
图4为一个实施例中频谱感知装置的结构示意图；
图5为另一个实施例中频谱感知方法的流程示意图；
图6为另一个实施例中频谱感知装置的结构示意图；
图7为又一个实施例中频谱感知方法的流程示意图；
图8为一个实施例中频谱感知设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的频谱感知方法，可以应用于如图1所示的应用场景中，图1为一个实施例中频谱感知方法的应用场景示意图，其中，信号发射端100可以通过短波通信等通信方式与信号接收端200进行通信。为了保证通信质量，信号接收端200可以先对工作频段范围内进行频谱扫描，从而感知信道频谱的状态，再对可用频段进行感知，以获得适宜的可用频段进行通信以提高通信质量。本发明提供的频谱感知方法，有利于对可用频段进行准确感知，能够获取高质量的可用频段，从而提高通信质量。
在一个实施例中，提供了一种频谱感知方法，参考图2，图2为一个实施例中频谱感知方法的流程示意图，该方法可以应用于图1中的信号接收端200，该频谱感知方法可以包括以下步骤：
步骤S101，获取射频信号携带的多个宽带信号的功率谱。
本步骤主要是获取射频信号中携带的多个宽带信号的功率谱，该功率谱记录有频率与能量或功率的对应关系，通过该功率谱可以查询各频率对应的能量值或功率值。其中，信号接收端200可以在工作频段中对通信信道中对待感知的频段进行扫描，从而获取相应的射频信号，信号接收端200可以对该射频信号进行模数转换、下变频处理得到多个带宽为B1的宽带信号，其中下变频过程为采用N组不同的载波分别对模数采样后的信号进行解调，再对解调后的信号进行数字滤波可以得到带块为B1的宽带信号，获取各个宽带信号的功率谱。
步骤S102，根据各个宽带信号的功率谱确定特征频段，并获取各个宽带信号中的特征频段的带宽。
其中，特征频段是指能量值小于设定能量阈值的频段，特征频段的带宽是指特征频段对应的频带宽度。
由于该功率谱记录有各个宽带信号的频率与能量的对应关系，因此信号接收端200可以通过查询该功率谱确定各个宽带信号的频率所对应的能量值，将能量值小于设定能量阈值的频段确定为特征频段，该特征频段可以由单个频段构成也可以由多个连续的频段组合而成，获取各个宽带信号中的所述特征频段对应的频带宽度。
步骤S103，将各个宽带信号中的特征频段的带宽与设定的带宽阈值进行比较。
本步骤主要是将步骤S102获取的各个宽带信号中的特征频段对应的带宽与设定的带宽阈值进行比较，通过设定带宽阈值对特征频段进行筛选，用于获取较宽的特征频段。其中，带宽阈值可以根据通信的实际需求进行调整，带宽阈值可以根据宽带信号的带宽和通信信号的通信带宽进行确定。
步骤S104，若特征频段的带宽大于带宽阈值，则根据特征频段获取用于通信的可用频段。
本步骤中，可用频段为能够用于通信的频谱，信号接收端200可以在特征频段的带宽大于带宽阈值时，获取所有带宽大于带宽阈值的特征频段，并从多个特征频段中提取出一个或多个可用频段用于与信号发射端100进行通信。另外，对于带宽小于带宽阈值的特征频段，由于其带宽过小一般难以满足通信的需求，通常可以将该特征频段进行舍弃。
上述频谱感知方法，获取射频信号携带的多个宽带信号的功率谱，根据该功率谱确定能量值小于设定的能量阈值的特征频段，将各个宽带信号中的特征频段的带宽与带宽阈值进行比较，根据带宽大于所述带宽阈值的特征频段获取用于通信的可用频段，通过设定的能量阈值从各个所述宽带信号中筛选出特征频段，再结合设定的带宽阈值，从特征频段中筛选出带宽大于所述带宽阈值的特征频段，根据该特征频段确定可用频段，使得可用频段由宽带信号内频段的能量值和该频段对应的带宽进行确定，避免了传统技术获取可用频段时容易受到噪声功率干扰的缺陷，保证了用于通信的可用频段的质量，而且该方法复杂度低，提高了该可用频段的获取效率，有利于对可用频段进行准确感知，提高通信质量。
在一个实施例中，步骤S101中的获取射频信号携带的多个宽带信号的功率谱的步骤可以包括：
获取射频信号携带的多个宽带信号；对各个宽带信号进行傅里叶变换得到所述功率谱。
本实施例主要是对射频信号中的各个宽带信号进行傅里叶变换获取所述功率谱，其中，傅里叶变换的点数越多，算法复杂度越高，但同时频率分辨率越小，在一般的通信系统中，希望得到的分辨率越小越好，同时算法复杂度也越小越好，所以在实际应用中可以根据通信系统要求的分辨率来设置傅里叶变换的点数。
具体来说，射频信号的功率谱是该射频信号进行傅里叶变换后的值的绝对值平方。例如，若第i组宽带信号为[xi(1),xi(2),…,xi(M)]，其傅里叶变换后的值为[Xi(1),Xi(2),…,Xi(M)]，则第i组射频信号的功率谱为[|Xi(1)|2,|Xi(2)|2,…,|Xi(M)|2]。
信号接收端200可以分别对N组宽带信号进行傅里叶变换，得到N组宽带信号的功率谱。本实施例的技术方案利用傅里叶变换对多个宽带信号进行时频变换处理，能够准确且快速地得到各个宽带信号的功率谱。
在一个实施例中，步骤S102中的根据各个所述宽带信号的功率谱确定特征频段的步骤可以包括：
S201，确定各个宽带信号中的多个窄带频段。
本步骤中，窄带频段为在所述宽带信号中按照设定的划分间隔划分的窄带频段。其中，信号接收端200可以将N组带宽为B1的宽带信号等间隔划分为带宽为B2的窄带频段，带宽B1一般远远大于窄带带宽B2，对于短波信号来说，N组带宽为B1的宽带信号可以是短波频段1.5M至30M中的部分频段，也可以遍历1.5M至30M中的所有频段。
S202，根据功率谱确定各个窄带频段的能量值。
本步骤可以根据功率谱计算窄带带宽为B2的各个窄带频段的能量值
Figure GDA0002675151290000071
其中，
Figure GDA0002675151290000072
表示第i个宽带频段中第k个窄带的能量，
Figure GDA0002675151290000073
的值为第i个宽带功率谱中对应的k个窄带功率谱的平均功率，例如，若每个带宽为B1的宽带信号频段中包含L个带宽为B2的窄带频段，带宽为B2的窄带频段中包含
Figure GDA0002675151290000074
个采样点，M为每个带宽为B1的宽带信号中的采样点总数，则第i个宽带频段中第k个窄带的能量为
Figure GDA0002675151290000081
S203，将各个窄带频段的能量值与能量阈值进行比较。
本步骤主要是将各个窄带频段的能量值
Figure GDA0002675151290000082
与设定的能量阈值进行比较。
S204，根据比较结果在各个宽带信号中确定候选频段。
其中，候选频段是指能量值连续小于能量阈值的窄带频段所在频段。
本步骤根据各个窄带频段的能量值与能量阈值的比较结果，从各个窄带频段中确定候选频段。具体来说，若窄带频段的能量大于或等于能量阈值，则可以将该窄带频段判为“1”，否则将该窄带频段判为“0”，其中，“1”表示该带宽内干扰较小，为可用频段，“0”表示该带宽内干扰较大，为不可用频段，将可用频段设为所述候选频段。
S205，在各个宽带信号中将带宽最大的候选频段设为特征频段。
本步骤中，各个宽带信号中的候选频段的数量可以是多个，可以在各个宽带信号中将多个候选频段的带宽进行比较，将带宽最大的候选频段设为该宽带信号的特征频段。
具体来说，若宽带信号的数量为N＝10，宽带信号的带宽为B1＝24kHz，窄带信号的带宽为B2＝3kHz，则每个宽带频段中包含L＝8个窄带频段，经过步骤S201至S204的处理后，可以得到每个宽带频段中的可用频段和不可用频段分布如图3，图3为一个实施例中频段分布的示意图，按照S204统计每个宽带频段中最大连续“1”的个数，即对应于本步骤在各个宽带信号中提取带宽最大的候选频段，则X＝[3,2,1,5,4,7,3,3,6,5]，以第一个宽带信号的频段为例，可以将第一个宽带频段中的连续3个“1”对应的窄带频段设为第一个宽带频段中的特征频段。
本实施例提供的用于确定特征频段的方案可以根据各个窄带频段的能量值与能量阈值的比较结果选取候选频段，在能量值大于能量阈值的条件下，按照多个候选频段的能量值之间的大小关系，选取带宽最大的候选频段为特征频段，在具体计算的过程中可以按照选择出的候选频段中的最大连续“1”的个数对其由大到小排序，即优先选择连续“1”个数最大的频段，由于连续“1”个数越大，表示选择出的候选频段的带宽越宽，宽频段一方面可以传输更高速率的数据，另一方面若传输窄带数据可以选择宽频段的中间部分进行传输，这样数据不易受到周边频段的干扰，使得选取的特征频段具有较好的通信特性，保证可用频段的质量。
在一个实施例中，还可以包括如下步骤：
根据功率谱计算与该功率谱匹配的平均能量值；将平均能量值设为能量阈值。
本实施主要是通过根据功率谱计算射频信号的平均能量，将该平均能量设为所述能量阈值，这种能量阈值的设置方式能够根据射频信号的功率谱自身的特点对能量阈值进行设定，即在功率谱发生变化时，能量阈值能够根据该变化进行自适应地调整，能够有效避免其他干扰因素对能量阈值的影响，有利于提高对可用频段进行感知的准确性和有效性。
在一个实施例中，进一步的，上述实施例中的根据功率谱计算与该功率谱匹配的平均能量值的步骤可以包括：
根据功率谱按照设定的划分间隔分别在各个宽带信号中划分多个窄带频段，确定各个窄带频段的能量值；根据各个窄带频段的能量值计算各个窄带频段的平均能量值，得到与功率谱匹配的平均能量值。
本实施例提供了一种将各个宽带信号划分为多个窄带频段并根据窄带频段的能量值计算平均能量值的方案。以N组带宽为B1的宽带信号为例，对本实施例进行详细说明：
假设每组带宽为B1的宽带信号被等间隔划分为带宽为B2的窄带频段，并计算每个窄带频段的能量
Figure GDA0002675151290000091
其中
Figure GDA0002675151290000092
表示第i个宽带信号中第k个窄带的能量，
Figure GDA0002675151290000093
的值为第i个宽带功率谱中对应的k个窄带功率谱的平均能量。例如，若每个带宽为B1的宽带信号中包含L个带宽为B2的窄带频段，带宽为B2的窄带频段中包含
Figure GDA0002675151290000094
个样点，则第i个宽带信号中第k个窄带的能量
Figure GDA0002675151290000095
计算所有带宽为B2的窄带频段的平均能量Smean，其中
Figure GDA0002675151290000096
上述实施例的技术方案是能够按照各个宽带信号中的各个窄带频段的能量值计算宽带信号的平均能量值，一方面可以准确地计算出平均功率值，另一方面由于窄带频段可以根据通信的实际需要进行划分，对窄带频段的能量进行统计再计算宽带信号的平均能量值也有利于从后续步骤从窄带频段的选取合适的可用频段。
在一个实施例中，还可以包括如下步骤：
确定各个宽带信号的带宽和通信信号的通信带宽；根据各个宽带信号的带宽和通信信号的通信带宽设置带宽阈值。
本实施例中，宽带信号的带宽是指带宽信号所在频段对应的频带带宽，通信信号的通信带宽是指在通信过程中该通信信号所需要的通信带宽。本实施例根据各个宽带信号的带宽和通信带宽设置带宽阈值，其中，所述带宽阈值的取值由宽带信号的带宽和通信带宽确定。
例如，每个带宽为B1的宽带信号中可以划分有多个带宽为B2的窄带频段，则带宽阈值的取值范围一般限制在[通信带宽/B2,B1/B2]内，B1/B2表示该频段内窄带频段的个数，所以带宽阈值的取值最大不能超过B1/B2，通信带宽/B2表示最少需要的频段个数，所以带宽阈值要大于通信带宽/B2，具体来说，若B2＝3kHz，通信带宽为12kHz，则带宽阈值需要大于或等于4，才能满足通信要求，若带宽阈值为2，则选择出的带宽为6kHz不能满足通信要求。
本实施例的技术方案通过各个宽带信号的带宽和通信信号的通信带宽设置带宽阈值用于对特征频段进行筛选，一方面保证筛选出的特征频段能满足通信的基本需求，另一方面可以选取带宽尽可能大的特征频段，有利于提高感知可用频段的质量。
在一个实施例中，步骤S104中的根据所述特征频段获取用于通信的可用频段的步骤可以包括：
确定带宽最大的特征频段；从带宽最大的特征频段中提取用于通信的可用频段。
本实施例中，带宽大于带宽阈值的特征频段的数量可以是多个，每个宽带信号中都可以携带有至少一个所述特征频段，可以将各个所述特征频段的带宽进行大小依次排序，确定带宽最大的特征频段，可以获取其对应的宽带信号的标识，从该标识对应的宽带信号的所述特征频段中提取可用频段用于通信，进行建链通信。
本实施例的技术方案能够从多个特征频段中提取最优的频段作为可用频段进行通信信，进一步提高了可用频段的质量，确保通信质量。
在一个实施例中，进一步的，确定带宽最大的特征频段的步骤可以包括：
将能量阈值与参考阈值进行比较；若能量阈值小于参考阈值，则获取带宽大于带宽阈值的特征频段，从该特征频段中提取带宽最大的特征频段。
本实施例主要是在提取带宽最大的特征频段之前先对能量阈值进行阈值比较，若设定的能量阈值小于参考阈值，则可以获取带宽大于带宽阈值的所述特征频段，从该特征频段中提取出带宽最大的特征频段，其中，参考阈值与该频段的干扰或噪声大小有关，可以根据各个所述宽带信号所在频段的噪声能量设置所述参考阈值，若能量的单位为dBm，则参考阈值的建议取值范围为[-120,-90]，参考阈值的取值越小，选出的频段中干扰或噪声就越小，反之选出的频段中干扰或噪声就越大，该方案是在考虑到在设置的能量阈值较小的情况下，获取的特征频段的能量值均小于能量阈值，说明选取的特征频段干扰较小，属于较好的频段，可以直接从特征频段中进一步提取出带宽最大的频段作为可用频段用于通信。
本实施例的技术方案在提取特征频段之前先将能量阈值与参考阈值进行比较，能够确保筛选的特征频段收到干扰较小，进一步提高了可用频段的感知质量，确保通信质量。
在一个实施例中，进一步的，上述实施例中的根据各个所述宽带信号所在频段的噪声能量设置所述参考阈值的步骤可以包括：
按照设定的划分间隔分别在各个宽带信号中划分多个窄带频段；获取一设定时间内各个窄带频段的噪声能量值；从各个窄带频段的噪声能量值中提取噪声能量值小于设定的噪声阈值的噪声能量值；计算噪声能量值小于噪声阈值的噪声能量值的平均值；根据平均值设置所述参考阈值。
本实施例主要是根据各个宽带信号中的多个窄带频段的噪声能量设置参考阈值。具体来说，可以将各个宽带信号等间隔划分为多个带宽为B2的窄带频段，统计一端时间内(一般大于24小时)该宽带信号内各个窄带频段内的干扰或噪声能量，其中每隔T统计一次，T可以为秒级甚至毫秒级，假设统计结果如下：
Figure GDA0002675151290000111
其中L表示宽带信号的频段中共包含L个带宽为B2的窄带频段，
Figure GDA0002675151290000112
表示第i个窄带频段tn时刻统计的干扰或噪声能量，对每个窄带频段中各个时刻的能量值进行由小到大排序，排序后各窄带频段的能量值为：
Figure GDA0002675151290000113
其中Pi',1表示第i个窄带频段中各个时刻能量最小值，Pi',n表示第i个窄带频段中各个时刻能量最大值，n表示每个窄带频段中能量总个数，取出每个窄带频段中前m％较小的能量值，假设取出的各个窄带频段中前m％较小能量值为：
Figure GDA0002675151290000114
其中
Figure GDA0002675151290000115
参考阈值为所有窄带频段中前m％较小能量值的平均值，即：
Figure GDA0002675151290000116
其中，th3为所述参考阈值，由实际经验m的取值范围为[5,10]。
上述实施例的技术方案利用各宽带信号的窄带频段内的干扰或噪声能量设置参考阈值，由于该参考阈值综合考虑了各个窄带频段的噪声情况，所以利用该参考阈值能够确保设定的能量阈值更准确，使得通过该能量阈值选取的特征频段受到的噪声干扰更小，质量更好。
在一个实施例中，进一步的，确定带宽最大的特征频段的步骤可以包括：
确定有效宽带信号的数目；将有效宽带信号的数目与设定的数目阈值进行比较；若有效宽带信号的数目小于数目阈值，则获取带宽大于带宽阈值的特征频段，从该特征频段中提取带宽最大的特征频段。
本实施例中，有效宽带信号是指携带带宽大于带宽阈值的特征频段的宽带信号，有效宽带信号的数量可以为多个，本实施例可以统计有效宽带信号的数目，并将该有效宽带信号的数目与设定的数目阈值进行比较，如果有效宽带信号的数目小于数目阈值，则获取带宽大于带宽阈值的特征频段，并从该特征频段中提取带宽最大的特征频段；其中，所述数目阈值可以根据预留的通信频点个数进行设置，该数目阈值一般大于预留通信频点个数。
本实施例主要是在提取特征频段之前，先将有效宽带信号的数目进行阈值比较，在有效宽带信号的数目小于数目阈值的情况下，选取出的有效宽带信号的数目已经偏少，如果继续进行筛选只会得到更少特征频段个数，此时可以直接从特征频段中提取带宽最大的特征频段，以确保筛选出的特征频段满足通信基本需求。
在一个实施例中，进一步地，还可以包括如下步骤：
确定通信信号的预留通信频点数；根据预留通信频点数设置所述数目阈值。
本实施例主要是根据通信信号的预留通信频点数设置所述数目阈值，用于与有效宽带信号的数量进行比较；其中，数目阈值与预留通信频点个数有关，数目阈值的值应该大于预留通信频点个数小于该通信信号的宽带信号的总数N，在短波通信建链系统中，可以根据建链的时间预留多组可用的频段，建链时间越长，可用频点个数越多，一般情况下，预留频点个数为2至4个。
上述实施例的数目阈值可以由预留通信频点数和宽带信号的数目进行设置，将预留通信频点数限制在预留通信频点数和宽带信号的数目之间一方面能够最大限度获取质量较好的可用频段，另一方面确保获取的可用频段能够满足通信的基本要求。
在一个实施例中，提供了一种频谱感知装置，参考图4，图4为一个实施例中频谱感知装置的结构示意图，该频谱感知装置可以包括：功率谱获取模块101、频段确定模块102、带宽比较模块103和第一频段获取模块104；其中，
功率谱获取模块101，用于获取射频信号携带的多个宽带信号的功率谱；
频段确定模块102，用于根据各个所述宽带信号的功率谱确定特征频段，并获取各个所述宽带信号中的特征频段的带宽；其中，所述特征频段为能量值小于设定能量阈值的频段；
带宽比较模块103，用于将各个所述宽带信号中的特征频段的带宽与设定的带宽阈值进行比较；
第一频段获取模块104，用于若所述特征频段的带宽大于所述带宽阈值，则根据所述特征频段获取用于通信的可用频段。
上述频谱感知装置，使得可用频段由宽带信号内频段的能量值和该频段对应的带宽进行确定，避免了传统技术获取可用频段时容易受到噪声功率干扰的缺陷，保证了用于通信的可用频段的质量，而且该方法复杂度低，提高了该可用频段的获取效率，有利于对可用频段进行准确感知，提高通信质量。
在一个实施例中，第一频段获取模块104可以包括：
第一确定单元，用于确定带宽最大的特征频段；
第一提取单元，用于从所述带宽最大的特征频段中提取所述用于通信的可用频段。
在一个实施例中，第一确定单元可以进一步用于：
将所述能量阈值与参考阈值进行比较；若所述能量阈值小于参考阈值，则获取带宽大于带宽阈值的所述特征频段，从该特征频段中提取带宽最大的特征频段。
在一个实施例中，第一确定单元还可以用于：
根据各个所述宽带信号所在频段的噪声能量设置所述参考阈值。
在一个实施例中，第一确定单元进一步用于：
按照设定的划分间隔分别在各个所述宽带信号中划分多个窄带频段；
获取一设定时间内各个所述窄带频段的噪声能量值；从各个所述窄带频段的噪声能量值中提取噪声能量值小于设定的噪声阈值的噪声能量值；计算噪声能量值小于噪声阈值的所述噪声能量值的平均值；根据所述平均值设置所述参考阈值。
在一个实施例中，第一确定单元还可以进一步用于：
确定有效宽带信号的数目；其中，所述有效宽带信号为携带带宽大于带宽阈值的所述特征频段的宽带信号；将所述有效宽带信号的数目与设定的数目阈值进行比较；若所述有效宽带信号的数目小于所述数目阈值，则获取带宽大于带宽阈值的所述特征频段，从该特征频段中提取带宽最大的特征频段。
在一个实施例中，第一确定单元还可以用于：
确定通信信号的预留通信频点数；根据所述预留通信频点数设置所述数目阈值。
在一个实施例中，还可以包括：
带宽确定单元，用于确定各个所述宽带信号的带宽和通信信号的通信带宽；
阈值设置单元，用于根据各个所述宽带信号的带宽和通信信号的通信带宽设置所述带宽阈值。
在一个实施例中，还可以包括：
平均能量值计算单元，用于根据所述功率谱计算与该功率谱匹配的平均能量值；
能量阈值设置单元，用于将所述平均能量值设为所述能量阈值。
在一个实施例中，平均能量值计算单元进一步用于：
根据所述功率谱按照设定的划分间隔分别在各个所述宽带信号中划分多个窄带频段，确定各个所述窄带频段的能量值；根据各个所述窄带频段的能量值计算各个所述窄带频段的平均能量值，得到与所述功率谱匹配的平均能量值。
在一个实施例中，功率谱获取模块101可以进一步用于：
获取所述射频信号携带的多个宽带信号；对各个所述宽带信号进行傅里叶变换得到所述功率谱。
在一个实施例中，频段确定模块102可以进一步用于：
确定各个所述宽带信号中的多个窄带频段；其中，所述窄带频段为在各个所述宽带信号中按照设定的划分间隔划分的窄带频段；根据所述功率谱确定各个所述窄带频段的能量值；将各个所述窄带频段的能量值与能量阈值进行比较；根据比较结果在各个所述宽带信号中确定候选频段；其中，所述候选频段为能量值连续小于能量阈值的所述窄带频段所在频段；在各个所述宽带信号中将带宽最大的候选频段设为所述特征频段。
关于频谱感知装置的具体限定可以参见上文中对于频谱感知方法的限定，在上述频谱感知方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于频谱感知装置的实施例中，在此不再赘述。上述频谱感知装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种频谱感知方法，参考图5，图5为另一个实施例中频谱感知方法的流程示意图，该频谱感知方法可以包括如下步骤：
步骤S401，根据如上任一项实施例所述的频谱感知方法获取用于通信的可用频段；
本步骤采用如上任一实施例所述的频谱感知方法获取用于通信的可用频段，其中，该可用频段的数量可以是多个。
步骤S402，获取可用宽带信号的数目。
其中，可用宽带信号为携带可用频段的宽带信号，可用频段的数量可以是多个，所以可用宽带信号的数目也可以是多个，本步骤主要是统计可用带宽信号的数目。
步骤S403，将可用宽带信号的数目与设定的数目阈值进行比较；若可用宽带信号的数目大于数目阈值，则将能量阈值与参考阈值进行比较。
其中，设定的数目阈值可以根据通信信号预留的通信频点个数进行设置，数目阈值的值应该大于预留通信频点个数小于该通信信号的宽带信号的总数N，在短波通信建链系统中，可以根据建链的时间预留多组可用的频段，建链时间越长，可用频点个数越多，一般情况下，预留频点个数为2至4个；参考阈值与该频段的干扰或噪声大小有关，可以根据各个所述宽带信号所在频段的噪声能量设置所述参考阈值，若能量的单位为dBm，则参考阈值的建议取值范围为[-120,-90]，参考阈值的取值越小，选出的频段中干扰或噪声就越小，反之选出的频段中干扰或噪声就越大。
本步骤在可用宽带信号的数目大于数目阈值的情况下将能量阈值与参考阈值进行比较，使得在筛选出的满足通信基本需求的可用频段后，再利用设定的能量阈值进行阈值比较，以进一步确保可用频段的质量。
步骤S404，若能量阈值大于参考阈值，则将能量阈值与设定的阈值步长进行作差处理得到差值，将该差值设为所述能量阈值并根据如上任一项实施例所述的频谱感知方法获取可用频段。
本步骤在能量阈值大于参考阈值的情况下按照设定的阈值步长对能量阈值进行作差运算，这是考虑到在能量阈值大于参考阈值时，筛选出的可用频段通常还存在较大的干扰或噪声，所以需要进一步根据设定的阈值步长减小能量阈值，利用减少的能量阈值，重新根据如上任一项实施例所述的频谱感知方法感知该可用频段，一般来说，如果重新筛选的频谱仍然不满足要求，可以再次减少能量阈值，再次根据如上任一项实施例所述的频谱感知方法获取感知可用频段，直到可用频段满足要求为止，即可用宽带信号的数目大于数目阈值且能量阈值大于参考阈值，最大程度确保获取的可用频段的质量。
本实施例的技术方案能够根据获取的可用频段不断对其能量阈值进行自适应调整，直到选取出最优质的频谱，结合了得到的可用宽带信号的数目以及设定的能量阈值对可用频段进行调整，在可用宽带信号的数目大于数目阈值以及能量阈值大于参考阈值的情况下按照设定的步长降低能量阈值，并利用降低的能量阈值重新确定感知可用频段，进一步提高保证可用频段的质量，有利于对提高感知可用频段的准确度，保证通信质量。
在一个实施例中，提供了一种频谱感知装置，参考图6，图6为另一个实施例中频谱感知装置的结构示意图，该频谱感知装置可以包括：
第二频段获取模块401，用于根据如上任一项实施例所述的频谱感知方法获取用于通信的可用频段；
数目获取模块402，用于获取可用宽带信号的数目；其中，所述可用宽带信号为携带所述可用频段的宽带信号；
阈值比较模块403，用于将所述可用宽带信号的数目与设定的数目阈值进行比较；若所述可用宽带信号的数目大于数目阈值，则将所述能量阈值与参考阈值进行比较；
第三频段获取模块404，用于当所述能量阈值大于参考阈值时，将所述能量阈值与设定的阈值步长进行作差处理得到差值，将该差值设为所述能量阈值并根据如上任一项实施例所述的频谱感知方法获取所述可用频段。
上述频谱感知装置，能够结合得到的可用宽带信号的数目以及设定的能量阈值对可用频段进行调整，在可用宽带信号的数目大于数目阈值以及能量阈值大于参考阈值的情况下按照设定的步长降低能量阈值，并利用降低的能量阈值重新感知可用频段，进一步提高保证可用频段的质量，有利于提高感知可用频段的准确度，保证通信质量。
关于频谱感知装置的具体限定可以参见上文中对于频谱感知方法的限定，在上述频谱感知方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于频谱感知装置的实施例中，在此不再赘述。上述频谱感知装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
为了更清晰阐明本发明的技术方案，在一个实施例中，以本发明的技术方案应用于获取短波信号的可用频段为例对方案进行详细说明，参考图7，图7为又一个实施例中频谱感知方法的流程示意图，该频谱感知方法可以包括如下步骤：
步骤s1，对射频接收信号进行A/D采样，下变频，得到N组带宽为B1的宽带信号。
其中，下变频过程为采用N组不同的载波分别对A/D采样后的信号进行解调，再对解调后的信号进行数字滤波，得到N组带宽为B1的宽带信号。
其中带宽B1要远远大于下述的窄带带宽B2，N组带宽为B1的信号可以是短波频段1.5MHz至30MHz中的部分频段，也可以遍历1.5MHz至30MHz中的所有频段。
步骤s2，分别对N组宽带信号进行傅里叶变换，得到N组宽带信号的功率谱。
其中傅里叶变换的点数越多，算法复杂度越高，但同时频率分辨率越小，一般在通信系统中，希望得到的分辨率越小越好，同时算法复杂度也越小越好。因此，在实际应用中可以根据系统要求的分辨率来设置傅里叶变换的点数，在本发明方案中频率分辨率要小于等于以下步骤中提到的窄带带宽B2，该窄带带宽B2是频率分辨率的整数倍。
信号功率谱是信号傅里叶变换后值的绝对值的平方。例如，若第i组宽带信号为[xi(1),xi(2),…,xi(M)]，其傅里叶变换后的值为[Xi(1),Xi(2),…,Xi(M)]，则第i组信号的功率谱为[|Xi(1)|2,|Xi(2)|2,…,|Xi(M)|2]。
步骤s3，将每组宽带信号等间隔划分为带宽为B2的窄带频段，并计算每个窄带频段的能量
Figure GDA0002675151290000171
其中
Figure GDA0002675151290000172
表示第i个宽带频段中第k个窄带的能量。
Figure GDA0002675151290000173
的值为第i个宽带功率谱中对应的k个窄带功率谱的平均能量。例如，若每个带宽为B1的频段中包含L个带宽为B2的窄带频段，即带宽为B2的窄带频段中包含
Figure GDA0002675151290000174
个样点，则第i个宽带频段中第k个窄带的能量
Figure GDA0002675151290000175
步骤s4，计算所有带宽为B2的窄带频段的平均能量Smean。
Figure GDA0002675151290000176
步骤s5，若窄带频段能量大于等于Smean，则将该窄带频段判为“1”；否则将该窄带频段判为“0”。
例如，若
Figure GDA0002675151290000177
则将第i个宽带频段中第k个窄带频段判为“1”；否则将第i个宽带频段中第k个窄带频段判为“0”，其中“1”表示该带宽内干扰较小，为可用频段，“0”表示该带宽内干扰较大，为不可用频段。
步骤s6，统计每个宽带频段中最大连续“1”的个数，并将该个数记为数组X，其中X＝[x1,x2,…,xN]，xi表示第i个宽带频段最大连续“1”的个数。
例如，若N＝10，B1＝24kHz，B2＝3kHz，则L＝8，即每个宽带频段中包含8个窄带频段，经过步骤s1至步骤s5处理后，可得到每个宽带频段中的可用频段和不可用频段分布如图3所示。按照步骤s6统计每个宽带频段中最大连续“1”的个数，则X＝[3,2,1,5,4,7,3,3,6,5]。
步骤s7，统计数组X中大于等于th1的频段个数numfre，及对应的宽带频段标识。
其中，th1为带宽阈值，带宽阈值th1的取值由宽带信号的带宽B1和短波通信的带宽确定，带宽阈值th1的取值范围应该限制在[通信带宽/B2,B1/B2]内；
例如，若th1＝4，则由步骤s6得出的数组X可得到大于等于带宽阈值th1的宽带频段个数numfre＝5,对应的宽带频段分别是第4个宽带频段，第5个宽带频段，第6个宽带频段，第9个宽带频段，第10个宽带频段。
步骤s8，若numfre>th2且Smean>th3，则转到步骤s9，否则转到步骤s11；
其中，th2为数目阈值，数目阈值th2与预留通信频点个数有关，数目阈值th2的值应该大于预留通信频点个数小于N；短波通信建链系统中可以根据建链的时间预留多组可用的频段，建链时间越长，可用频点个数越多，一般情况下，预留频点个数为2至4；th3为参考阈值，参考阈值th3的值与该频段的干扰/噪声大小有关，若能量的单位为dBm，则建议取值范围为[-120,-90]，th3的取值越小，选出的频段中干扰/噪声就越小，反之选出的频段中干扰/噪声就越大。
步骤s9，令Smean＝Smean-th4。
其中，th4为迭代步长，建议取值范围为[0,10]。
步骤s10，返回步骤s5，重新按照步骤s5至步骤s9执行，直到满足要求退出为止。
步骤s11，按照最大连续“1”的个数，对选择出的numfre个宽带频段由大到小排序，排在最前面的频段为最优的频段，在通信中应该选择排在最前面的宽带频段中且判断为“1”的窄带频段进行信息传输。
例如，若最终判决出的各宽带频段中的最大连续“1”的个数为X＝[3,2,1,5,4,7,3,3,6,5]，若宽带频段的个数numfre＝2，则优先在第6个宽带频段中的可用频段中进行建链通信，其次在第9个宽带频段中的可用频段中进行建链通信。
本实施例的技术方案采用动态门限进行频谱感知，且根据感知出的带宽大小不断调整感知门限直到感知出最优的频谱，还解决了传统技术能量感知算法门限设置困难的问题，而且该方法计算复杂度低，容易实现。
在一个实施例中，提供了一种频谱感知设备，该频谱感知设备可以应用于对如短波通信系统等通信系统的可用频段进行感知，可以通过个人计算机等计算机设备实现，其内部结构图可以如图8所示，图8为一个实施例中频谱感知设备的内部结构图。该频谱感知设备可以包括通过系统总线连接的处理器、存储器。其中，该频谱感知设备的处理器用于提供计算和控制能力。该频谱感知设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机程序被处理器执行时以实现如上任一项实施例所述的频谱感知方法。
本领域技术人员可以理解，图8中示出的结构，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种频谱感知设备，包括：包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
获取射频信号携带的多个宽带信号的功率谱；根据各个宽带信号的功率谱确定特征频段，并获取各个宽带信号中的特征频段的带宽；将各个宽带信号中的特征频段的带宽与设定的带宽阈值进行比较；若特征频段的带宽大于带宽阈值，则根据特征频段获取用于通信的可用频段。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
获取射频信号携带的多个宽带信号；对各个宽带信号进行傅里叶变换得到所述功率谱。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
确定各个宽带信号中的多个窄带频段；根据功率谱确定各个窄带频段的能量值；将各个窄带频段的能量值与能量阈值进行比较；根据比较结果在各个宽带信号中确定候选频段；在各个宽带信号中将带宽最大的候选频段设为特征频段。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
根据功率谱计算与该功率谱匹配的平均能量值；将平均能量值设为能量阈值。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
根据功率谱按照设定的划分间隔分别在各个宽带信号中划分多个窄带频段，确定各个窄带频段的能量值；根据各个窄带频段的能量值计算各个窄带频段的平均能量值，得到与功率谱匹配的平均能量值。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
确定各个宽带信号的带宽和通信信号的通信带宽；根据各个宽带信号的带宽和通信信号的通信带宽设置带宽阈值。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
确定带宽最大的特征频段；从带宽最大的特征频段中提取用于通信的可用频段。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
将能量阈值与参考阈值进行比较；若能量阈值小于参考阈值，则获取带宽大于带宽阈值的特征频段，从该特征频段中提取带宽最大的特征频段。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
按照设定的划分间隔分别在各个宽带信号中划分多个窄带频段；获取一设定时间内各个窄带频段的噪声能量值；从各个窄带频段的噪声能量值中提取噪声能量值小于设定的噪声阈值的噪声能量值；计算噪声能量值小于噪声阈值的噪声能量值的平均值；根据平均值设置所述参考阈值。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
确定有效宽带信号的数目；将有效宽带信号的数目与设定的数目阈值进行比较；若有效宽带信号的数目小于数目阈值，则获取带宽大于带宽阈值的特征频段，从该特征频段中提取带宽最大的特征频段。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
确定通信信号的预留通信频点数；根据预留通信频点数设置所述数目阈值。
上述频谱感知设备，通过所述处理器上运行的计算机程序，使得可用频段由宽带信号内频段的能量值和该频段对应的带宽进行确定，避免了传统技术获取可用频段时容易受到噪声功率干扰的缺陷，保证了用于通信的可用频段的质量，而且该方法复杂度低，提高了可用频段的获取效率，还能够应用于对短波通信系统的可用频段进行准确感知，提高短波通信的通信质量。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
据此，在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取射频信号携带的多个宽带信号的功率谱；根据各个宽带信号的功率谱确定特征频段，并获取各个宽带信号中的特征频段的带宽；将各个宽带信号中的特征频段的带宽与设定的带宽阈值进行比较；若特征频段的带宽大于带宽阈值，则根据特征频段获取用于通信的可用频段。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
获取射频信号携带的多个宽带信号；对各个宽带信号进行傅里叶变换得到所述功率谱。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
确定各个宽带信号中的多个窄带频段；根据功率谱确定各个窄带频段的能量值；将各个窄带频段的能量值与能量阈值进行比较；根据比较结果在各个宽带信号中确定候选频段；在各个宽带信号中将带宽最大的候选频段设为特征频段。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
根据功率谱计算与该功率谱匹配的平均能量值；将平均能量值设为能量阈值。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
根据功率谱按照设定的划分间隔分别在各个宽带信号中划分多个窄带频段，确定各个窄带频段的能量值；根据各个窄带频段的能量值计算各个窄带频段的平均能量值，得到与功率谱匹配的平均能量值。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
确定各个宽带信号的带宽和通信信号的通信带宽；根据各个宽带信号的带宽和通信信号的通信带宽设置带宽阈值。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
确定带宽最大的特征频段；从带宽最大的特征频段中提取用于通信的可用频段。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
将能量阈值与参考阈值进行比较；若能量阈值小于参考阈值，则获取带宽大于带宽阈值的特征频段，从该特征频段中提取带宽最大的特征频段。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
按照设定的划分间隔分别在各个宽带信号中划分多个窄带频段；获取一设定时间内各个窄带频段的噪声能量值；从各个窄带频段的噪声能量值中提取噪声能量值小于设定的噪声阈值的噪声能量值；计算噪声能量值小于噪声阈值的噪声能量值的平均值；根据平均值设置所述参考阈值。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
确定有效宽带信号的数目；将有效宽带信号的数目与设定的数目阈值进行比较；若有效宽带信号的数目小于数目阈值，则获取带宽大于带宽阈值的特征频段，从该特征频段中提取带宽最大的特征频段。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
确定通信信号的预留通信频点数；根据预留通信频点数设置所述数目阈值。
上述计算机可读存储介质，通过其存储的计算机程序，使得可用频段由宽带信号内频段的能量值和该频段对应的带宽进行确定，避免了传统技术获取可用频段时容易受到噪声功率干扰的缺陷，保证了用于通信的可用频段的质量，而且该方法复杂度低，提高了可用频段的获取效率，还能够应用于对短波通信系统的可用频段进行准确感知，提高短波通信的通信质量。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (15)

1.一种频谱感知方法，其特征在于，包括步骤：
获取射频信号携带的多个宽带信号的功率谱；
根据各个所述宽带信号的功率谱确定特征频段，并获取各个所述宽带信号中的特征频段的带宽；其中，所述特征频段为能量值小于设定能量阈值的频段；
将各个所述宽带信号中的特征频段的带宽与设定的带宽阈值进行比较；
若所述特征频段的带宽大于所述带宽阈值，则将所述能量阈值与参考阈值进行比较，若所述能量阈值小于所述参考阈值，则从带宽大于带宽阈值的特征频段中提取带宽最大的特征频段，并从所述带宽最大的特征频段中获取用于通信的可用频段。
2.根据权利要求1所述的频谱感知方法，其特征在于，还包括步骤：
根据各个所述宽带信号所在频段的噪声能量设置所述参考阈值。
3.根据权利要求2所述的频谱感知方法，其特征在于，所述根据各个所述宽带信号所在频段的噪声能量设置所述参考阈值的步骤包括：
按照设定的划分间隔分别在各个所述宽带信号中划分多个窄带频段；
获取一设定时间内各个所述窄带频段的噪声能量值；
从各个所述窄带频段的噪声能量值中提取噪声能量值小于设定的噪声阈值的噪声能量值；
计算噪声能量值小于噪声阈值的所述噪声能量值的平均值；
根据所述平均值设置所述参考阈值。
4.根据权利要求1所述的频谱感知方法，其特征在于，还包括步骤：
确定有效宽带信号的数目；其中，所述有效宽带信号为携带带宽大于带宽阈值的所述特征频段的宽带信号；
将所述有效宽带信号的数目与设定的数目阈值进行比较；
若所述有效宽带信号的数目小于所述数目阈值，则获取带宽大于带宽阈值的所述特征频段，从该特征频段中提取带宽最大的特征频段。
5.根据权利要求4所述的频谱感知方法，其特征在于，还包括步骤：
确定通信信号的预留通信频点数；
根据所述预留通信频点数设置所述数目阈值。
6.根据权利要求1所述的频谱感知方法，其特征在于，还包括步骤：
确定各个所述宽带信号的带宽和通信信号的通信带宽；
根据各个所述宽带信号的带宽和通信信号的通信带宽设置所述带宽阈值。
7.根据权利要求1所述的频谱感知方法，其特征在于，还包括步骤：
根据所述功率谱计算与该功率谱匹配的平均能量值；
将所述平均能量值设为所述能量阈值。
8.根据权利要求7所述的频谱感知方法，其特征在于，所述根据所述功率谱计算与该功率谱匹配的平均能量值的步骤包括：
根据所述功率谱按照设定的划分间隔分别在各个所述宽带信号中划分多个窄带频段，确定各个所述窄带频段的能量值；
根据各个所述窄带频段的能量值计算各个所述窄带频段的平均能量值，得到与所述功率谱匹配的平均能量值。
9.根据权利要求1所述的频谱感知方法，其特征在于，所述获取射频信号携带的多个宽带信号的功率谱的步骤包括：
获取所述射频信号携带的多个宽带信号；
对各个所述宽带信号进行傅里叶变换得到所述功率谱。
10.根据权利要求1所述的频谱感知方法，其特征在于，所述根据各个所述宽带信号的功率谱确定特征频段的步骤包括：
确定各个所述宽带信号中的多个窄带频段；其中，所述窄带频段为在各个所述宽带信号中按照设定的划分间隔划分的窄带频段；
根据所述功率谱确定各个所述窄带频段的能量值；
将各个所述窄带频段的能量值与能量阈值进行比较；
根据比较结果在各个所述宽带信号中确定候选频段；其中，所述候选频段为能量值连续小于能量阈值的所述窄带频段所在频段；
在各个所述宽带信号中将带宽最大的候选频段设为所述特征频段。
11.一种频谱感知方法，其特征在于，包括步骤：
根据如权利要求1至10任一项所述的频谱感知方法获取用于通信的可用频段；
获取可用宽带信号的数目；其中，所述可用宽带信号为携带所述可用频段的宽带信号；
将所述可用宽带信号的数目与设定的数目阈值进行比较；若所述可用宽带信号的数目大于数目阈值，则将能量阈值与参考阈值进行比较；
若所述能量阈值大于参考阈值，则将所述能量阈值与设定的阈值步长进行作差处理得到差值，将该差值设为所述能量阈值并根据如权利要求1至10任一项所述的频谱感知方法获取所述可用频段。
12.一种频谱感知装置，其特征在于，包括：
功率谱获取模块，用于获取射频信号携带的多个宽带信号的功率谱；
频段确定模块，用于根据各个所述宽带信号的功率谱确定特征频段，并获取各个所述宽带信号中的特征频段的带宽；其中，所述特征频段为能量值小于设定能量阈值的频段；
带宽比较模块，用于将各个所述宽带信号中的特征频段的带宽与设定的带宽阈值进行比较；
第一频段获取模块，用于若所述特征频段的带宽大于所述带宽阈值，则将所述能量阈值与参考阈值进行比较，若所述能量阈值小于所述参考阈值，则从带宽大于带宽阈值的特征频段中提取带宽最大的特征频段，并从所述带宽最大的特征频段中获取用于通信的可用频段。
13.一种频谱感知装置，其特征在于，包括：
第二频段获取模块，用于根据如权利要求1至10任一项所述的频谱感知方法获取用于通信的可用频段；
数目获取模块，用于获取可用宽带信号的数目；其中，所述可用宽带信号为携带所述可用频段的宽带信号；
阈值比较模块，用于将所述可用宽带信号的数目与设定的数目阈值进行比较；若所述可用宽带信号的数目大于数目阈值，则将能量阈值与参考阈值进行比较；
第三频段获取模块，用于当所述能量阈值大于参考阈值时，将所述能量阈值与设定的阈值步长进行作差处理得到差值，将该差值设为所述能量阈值并根据如权利要求1至10任一项所述的频谱感知方法获取所述可用频段。
14.一种频谱感知设备，包括：包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至11任一项所述方法的步骤。
15.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至11中任一项所述方法的步骤。
CN201810966250.9A 2018-08-23 2018-08-23 频谱感知方法和装置、频谱感知设备 Active CN108847910B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810966250.9A CN108847910B (zh) 2018-08-23 2018-08-23 频谱感知方法和装置、频谱感知设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810966250.9A CN108847910B (zh) 2018-08-23 2018-08-23 频谱感知方法和装置、频谱感知设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108847910A CN108847910A (zh) 2018-11-20
CN108847910B true CN108847910B (zh) 2021-02-02

Family

ID=64188258

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810966250.9A Active CN108847910B (zh) 2018-08-23 2018-08-23 频谱感知方法和装置、频谱感知设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108847910B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110635865A (zh) * 2019-10-23 2019-12-31 南方科技大学 信号的调制方法、解调方法、装置、设备和系统
CN114025379B (zh) * 2021-11-05 2023-06-30 北京邮电大学 一种宽带多信号检测方法、装置和设备
CN116381406B (zh) * 2023-03-16 2024-06-04 武汉船舶职业技术学院 船舶电网故障定位方法、装置、设备及可读存储介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101990231A (zh) * 2009-07-31 2011-03-23 华为技术有限公司 确定空闲频段的方法和系统、中心节点和感知节点
CN102647721A (zh) * 2012-05-14 2012-08-22 哈尔滨工业大学 一种认知无线电中静态频谱聚合的方法
CN106656373A (zh) * 2016-09-29 2017-05-10 宁波大学 基于加权一致优化的宽带分布式协作压缩频谱感知方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011155682A1 (ko) * 2010-06-09 2011-12-15 엘지전자 주식회사 인지 무선 기반 주파수 자원 공유 시스템에서 효율적인 협력 스펙트럼 센싱을 위한 임의 접근 제어 기법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101990231A (zh) * 2009-07-31 2011-03-23 华为技术有限公司 确定空闲频段的方法和系统、中心节点和感知节点
CN102647721A (zh) * 2012-05-14 2012-08-22 哈尔滨工业大学 一种认知无线电中静态频谱聚合的方法
CN106656373A (zh) * 2016-09-29 2017-05-10 宁波大学 基于加权一致优化的宽带分布式协作压缩频谱感知方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108847910A (zh) 2018-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108847910B (zh) 频谱感知方法和装置、频谱感知设备
CN108462509B (zh) 基于时频图信息的异步跳频网台分选方法
CN102624468B (zh) 基于双fft的宽带自动检测方法
CN109981186B (zh) 超短波全频段信号分选方法
De Vito A review of wideband spectrum sensing methods for cognitive radios
CN104780008B (zh) 一种基于自适应压缩感知的宽带频谱感知方法
CN112307969B (zh) 一种脉冲信号的分类辨识方法、装置及计算机设备
CN108063641B (zh) 单通道多信号检测方法
CN102263601A (zh) 一种宽带多信号检测方法
CN114025379B (zh) 一种宽带多信号检测方法、装置和设备
CN113447893B (zh) 一种雷达脉冲信号频谱自动检测方法、系统及介质
CN105978644B (zh) 基于布谷鸟搜索算法的星地认知系统频谱接入方法
CN102869111B (zh) 一种认知无线电中基于三态学习策略的机会频谱接入方法
KR102390190B1 (ko) 인지 무선 통신을 위한 순환 신경망 기반 스펙트럼 센싱 방법 및 장치
CN107171981B (zh) 通道校正方法及装置
CN102075263B (zh) 基于分段能量处理的截尾型序贯检验方法
Fanan et al. Comparison of spectrum occupancy measurements using software defined radio RTL-SDR with a conventional spectrum analyzer approach
CN111510255A (zh) 基于宽带频谱数据的跳频信号盲检测及参数估计方法
EP2086255B1 (en) Process for sensing vacant sub-space over the spectrum bandwidth and apparatus for performing the same
CN112994813A (zh) 自适应采样的频谱感知方法及相关装置
CN112821972A (zh) 频点信号处理方法及装置、终端、存储介质
CN112188459B (zh) 一种信号识别的方法、装置及设备
CN114513226A (zh) 跳频网台参数估计方法、装置、跳频监测设备及存储介质
CN105744538B (zh) 下行同步扫频过程中功率谱的修正方法及系统
CN110855384B (zh) 一种基于窗口划分的宽带频谱信噪分离方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant