CN109412722A - 一种基于时域嵌套采样的宽带频谱感知方法 - Google Patents

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王蕾
史治平
刘嘉
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    • 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

Abstract

本发明属于认知无线电技术领域，具体的说是涉及一种基于时域嵌套采样的宽带频谱感知方法。本发明的目的是提出一种基于时域嵌套采样的宽带频谱感知方法，目的在于克服现有频谱感知方法计算复杂度高的缺点，主要为通过嵌套采样，得到采样序列，然后计算样本协方差矩阵，再根据给定的虚警概率获得阈值。本发明的有益效果为，与同互素采样相比，可以在降低计算复杂度的同时确保检测概率，并降低采样率。

Description

一种基于时域嵌套采样的宽带频谱感知方法
技术领域
本发明属于认知无线电技术领域，具体的说是涉及一种基于时域嵌套采样的宽带频谱感知方法。
背景技术
随着无线通信的不断发展，频谱资源变得越来越稀缺，这严重制约了通信技术的发展。要推动无线通信的发展，就需要提升频谱资源的利用率。其中认知无线电(CR)技术就是一种提高无线频谱资源利用率的有效方式。对于CR系统而言，当次要用户(SU)未被主要用户(PU)占用时，它就允许次要用户(SU)概率性地使用该频谱以便提高频谱利用率。但为了避免SU对PU造成干扰，并且为SU提供更多接入网络的机会，很有必要应用高精度和高效率的频谱感知方法。
目前，宽带频谱感知方法主要分为两大类：一类是用来直接恢复信号；另一类则是用来恢复信号的功率谱。其中，用来恢复信号功率谱的宽带频谱感知方法主要包括了基于MWC的宽带频谱感知方法、基于多陪集的宽带频谱感知方法以及基于互素采样的宽带频谱感知方法等。在这些宽带频谱感知方法中，互素采样同其他方法相比，一定程度上降低了计算复杂度。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于时域嵌套采样的宽带频谱感知方法，目的在于克服现有频谱感知方法计算复杂度高的缺点。
本发明的技术方案为：
一种基于时域嵌套采样的宽带频谱感知方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.通过嵌套采样，得到采样序列xd(n),n＝0,1,2…；
b.计算样本协方差矩阵R(k):
其中，“*”表示卷积；通过采样序列得到估计的自相关函数R(k)，然后对其作FFT变换，就可获得估计功率谱令表示第b个子带估计的功率；
c.设噪声功率为σ2，根据给定的虚警概率Pfa：
其中，v2是估计的功率谱的方差，给定恒定的误报概率Pfa，获得阈值Th；
其中
d.将与阈值Th进行比较：
若大于阈值Th，则说明该子带被占用，主用户存在，结束检测；
若小于阈值Th，则说明该子带未被占用，主用户不存在，结束检测。
本发明的效果为，同互素采样相比，可以在降低计算复杂度的同时确保检测概率，并降低采样率。
附图说明
图1为本发明的嵌套采样方案示意图；
图2、图3和图4为检测概率VS信噪比示意图。
具体实施方式
发明内容部分已经对本发明的技术方案做了详细描述，下面结合附图，描述本发明技术方案的效果。
假设嵌套采样方案的U＝3,V＝5，周期T＝1。
由图1可以看出，嵌套采样方案的一个采样周期T＝(3+1)*5＝20。其中，第一级采样点的位置位于1,2,3；第二级采样点的位置位于4,8,12,16,20。于是，在一个周期内的采样点数N＝3+5＝8，其采样率为
首先，对比了在相同互素对，不同L(L为采样周期数)时嵌套采样方案的信噪比和检测概率的关系。仿真结果如图所示。在该仿真中，设置的嵌套采样的参数为U＝11,V＝13，Pfa＝0.01(错误概率)，SNR＝-10:10，L分别设置为60,30和1。由图2可以看出，当L＝1时，嵌套采样方案的检测概率很低，并且几乎保持不变。而当L＝30和L＝60可以看出，在SNR＝-10：-2时，L＝60的嵌套采样方案的检测概率要优于L＝30的嵌套采样方案，这说明，此时L的长度对嵌套采样方案有影响。但在SNR＝-2之后，L的长度对嵌套采样方案的影响较小。
随后，将嵌套采样方案与互素采样方案做了比较，对比了两者在相同参数情况下信噪比与检测概率的关系。仿真如图所示。其中，将两个采样方案的参数都设置为U＝15,V＝17，Pfa＝0.01(错误概率)，SNR＝-20:-8，L＝60。由图3可以看出，在相同参数设置的情况下，互素采样方案的检测概率要优于嵌套采样方案。但此时两种采样方案的检测概率相差不大，并且嵌套采样方案的采样率更低。
最后，对比了相同压缩比的情况下，嵌套采样方案与互素采样方案信噪比与检测概率的关系。仿真如图所示。将两个采样方案的压缩比设置为8.9.并由此分别计算出嵌套采样方案的U＝15,V＝19,互素采样方案的U＝17，V＝19，其他各项参数分别为Pfa＝0.01，SNR＝-10:10，L＝60。由图4可以看出，在相同压缩比的情况下，嵌套采样方案的检测概率要优于互素采样方案。这说明，嵌套采样方案在一定程度上能降低采样率。这也就佐证了前面所说的，嵌套采样方案可以在降低计算复杂度的同时确保检测概率，并降低采样率。

Claims (1)

1.一种基于时域嵌套采样的宽带频谱感知方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.通过嵌套采样，得到采样序列xd(n),n＝0,1,2…；
b.计算样本协方差矩阵R(k):
其中，“*”表示卷积；通过采样序列得到估计的自相关函数R(k)，然后对其作FFT变换，获得估计功率谱令表示第b个子带估计的功率；
c.设噪声功率为σ2，根据给定的虚警概率Pfa：
其中，v2是估计的功率谱的方差，给定恒定的误报概率Pfa，获得阈值Th；
其中
d.将与阈值Th进行比较：
若大于阈值Th，则说明该子带被占用，主用户存在，结束检测；
若小于阈值Th，则说明该子带未被占用，主用户不存在，结束检测。
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