CN110535549A - 一种230MHz频段的频域能量检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种230MHz频段的频域能量检测方法，该方法通过设置合适的频域能量检测的FFT采样速率及采样点数，得到适合工业物联网应用的频率分辨率；检测每个信道内所有FFT采样点的信号功率谱值，找到最大值；将所述信道信号功率谱最大值与预设判决门限进行比较，当所述信道信号功率谱最大值大于所述判决门限时，所述信道被占用，当所述信道信号功率谱最大值小于或等于所述判决门限时，所述信道空闲。可实现频段内的所有信道信息的感知，能够提高检测性能，还具有一定的抗干扰能力。

Description

一种230MHz频段的频域能量检测方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种230MHz频段的频域能量检测方法。
背景技术
随着泛在电力物联网的提出和发展，电力业务需求在快速迭代，由此对电力通信的安全和移动性提出了更高的要求，电力无线专网成为非常重要的手段。为满足电力等行业以及能源互联网的频率需求，提高频率使用效率和效益，工业和信息化部下发《关于调整223-235MHz频段无线数据传输系统频率使用规划的通知》，明确“223-226MHz和229-233MHz频段(除专用频率外)可用TDD方式载波聚合的宽带系统”、“鼓励共网模式建设”、“不再审批1785-1805MHz频段电力专网”及技术要求、干扰保护等事宜。在223-226MHz，229-233MHz频段中，每个基本信道的频段宽度为25kHz。基于此，泛在电力物联网可通过离散载波聚合与频谱感知技术，实现离散窄带频谱的宽带化高速传输，并实现宽窄带共存。因此，对频谱空闲的正确感知对于电网的运行至关重要。在实际应用时，可根据泛在电力物联网对使用频谱带宽的要求设置相应的频率分辨率，更有效的检测频谱“空洞”。本文仅以检测基本信道的频谱空闲状态为例。
发明内容
本发明的目的在于提供一种230MHz频段的频域能量检测方法，该方法能够检测出在223-226MHz和229-233MHz频段内的280个信道的每个信道的占用情况。
为了达到上述目的，本发明提供了一种230MHz频段的频域能量检测方法，包括：
设置频域能量检测的FFT采样速率及采样点数；
利用频域能量检测算法检测每个信道内所有FFT采样点处的信号功率谱值，找到信道内信号功率谱值的最大值；
将所述信道内信号功率谱值的最大值与预设判决门限进行比较，当所述信号功率谱值大于所述判决门限时，所述信道被占用，当所述信号功率谱值小于或等于所述判决门限时，所述信道空闲。
可选的，所述电力信道的频段为223MHz-226MHz及229MHz-233MHz，每个所述信道的频段宽度为25kHz，共计280个信道。
可选的，第一个信道经频谱搬移后对应基带信号，且其信号带宽的一半在负频率。
可选的，所述FFT采样速率为20.48MHz，采样点数为4096，每隔5个采样点为一个信道。
可选的，检测每个信道内的所有采样点的信号功率谱值，并将所有信号功率谱值的最大者与所述判决门限作进行比较。
在本发明提供的230MHz频段的频域能量检测方法中，设置频域能量检测的FFT采样速率及采样点数；利用频域能量检测算法检测每个信道内所有FFT采样点的信号功率谱值，选取最大值；将所述信道内信号功率谱最大值与预设判决门限进行比较，当所述信号功率谱值大于所述判决门限时，所述信道被占用，当所述信号功率谱值小于或等于所述判决门限时，所述信道空闲。可实现频段内的所有频点信息的感知，能够提高检测性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的信道分布图；
图2为本发明实施例提供的基于检测信道载频处功率谱值的频域能量检测方法流程图；
图3为本发明实施例提供的基于检测信道内最大功率谱值的频域能量检测方法流程图；
图4为本发明实施例提供的不同判决门限下检测精度与信噪比关系曲线图；
图5为本发明实施例提供的基于检测信道载频处功率谱值的频域能量检测方法和传统频域能量检测方法性能对比；
图6为本发明实施例提供的有干扰信号时基于检测信道载频处功率谱值的频域能量检测方法和基于检测信道内最大功率谱值的频域能量检测方法的性能对比。
图7为本发明实施例提供的无干扰信号时基于检测信道载频处功率谱值的频域能量检测方法和基于检测信道内最大功率谱值的频域能量检测方法的性能对比。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本实施例提供了230MHz频段的频域能量检测方法，包括：
步骤S1：设置频域能量检测的FFT采样速率及采样点数；但由于电力行业使用的频点分布在223-226MHz和229-233MHz频段，且每个最小信道的带宽为25kHz。若要一次性检测所有频点的占用情况，检测的频谱范围至少要大于10MHz。由此设置频域能量检测的FFT的采样速率为20.48MHz，FFT采样点数为4096，则5个采样点的频率宽度即为25kHz，即每隔五个采样点为一个信道。第一个信道经频谱搬移后对应基带信号，故其信号带宽的一半在负频率，因此第一个频点的宽度12.5Khz，具体频点分布图如图1所示。
步骤S2：如图2所示，利用频域能量检测算法检测每个信道载频处FFT采样点的信号功率谱值。
步骤S3：将所述信号功率谱值与预设判决门限进行比较，当所述信号功率谱值大于所述判决门限时，所述信道被占用，当所述信号功率谱值小于或等于所述判决门限时，所述信道空闲。
进一步，如图3所示，考虑到存在敌对干扰信号，在敌对方发射频率不在每个信道25kHz载频处的窄带干扰信号时，仅检测载频处频点信号功率谱值，就无法检测到敌对干扰信号。进一步，检测每个信道内的所有采样点的信号功率谱值，并将检测到的信道内信号功率谱值的最大值与所述判决门限作进行比较，以此值来判决频点占用情况，可提高信道的检测精度，一定程度降低干扰信号的影响。
所述230MHz频段的频域能量检测方法性能的关键在于判决门限的选取，判决门限过高将导致漏检概率增大，判决门限过低则导致虚警概率增大。判决门限过高或者过低都将导致频谱认知网络无法高效利用空闲频谱实现正常通信。为验证判决门限对于检测性能的影响，主要是研究判决门限与检测精度之间的关系，利用MATLAB仿真工具给出了不同判决门限下检测精度(虚警概率和检测概率)随信噪比变化的关系曲线图。
当信道无干扰信号时，假定占用频谱资源的信号的载频频率为0kHz、25kHz、100kHz、200kHz、6000kHz，其余信道空闲时。噪声信号功率谱密度为-100dBm的高斯白噪声，判决门限1为7倍噪声均值，判决门限2为4倍噪声均值，判决门限3为2倍噪声均值，重复仿真次数为100次。图4为提出的检测载频处能量值来进行感知的。从图4中可以看出，降低预设判决门限虽然在一定程度上可以提高检测概率、降低漏检概率，但却会导致虚警概率提升，造成频谱资源的大量闲置。相应的，提高预设判决门限虽会降低虚警概率，但会造成检测概率降低，漏检概率增大，导致多个设备错误接入同一频段、引发网络中通信冲突等问题。在实际应用中，频谱认知算法应能够根据信道环境的实时变化以及具体的通信技术指标需求，恰当选取最佳判决门限，以实现频谱认知的最优性能。
图5中为基于检测信道载频处功率谱值的频域能量检测算法(下称方法1)与传统频域能量检测方法在虚警概率相同时，检测性能的对比图。从图5中可以看出，基于检测信道载频的频域能量检测算法较传统频域能量检测算法有2dB的性能提升。这是因为，在低信噪比时，检测载频处的频域能量值能更准确的检测出信号，而求均值后信号能量被平均分配到整个信道内。若要保持一定的虚警概率，会造成判决门限提高，而信号能量被平均减弱后，在低信噪比时，信号能量平均分配到信道后会可能低于判决门限，从而降低检测概率。
图6为存在干扰信号时，基于检测信道内最大功率谱值的频域能量检测方法(下称方法2)与基于检测信道载频功率谱值的频域能量检测算法的性能对比图。此时，占用频谱资源的信道的信号频率为5kHz、20kHz、100kHz、200kHz、6000kHz，其余信道空闲。频谱两种改进方法的判决门限相同，均为5倍噪声均值。从图6中可看出：方法1检测性能远低于方法2的检测性能。但方法2的虚警概率稍高于方法1的虚警概率，这是因为在低信噪比时，由于噪声的不确定性，可能存在信道内某些FFT采样点处的噪声大于判决门限，从而造成虚警概率增大。相比较方法1，方法2能在有干扰信号时，能更准确的检测出干扰信号，具有一定的抗干扰能力。
图7为无干扰信号时，基于检测信道内最大功率谱值的频域能量检测方法(下称方法2)与基于检测信道载频功率谱值的频域能量检测算法的性能对比图。从图中可以看出，当信号在信道的载频处时，方法2的检测性能与方法1性能接近，只是方法2的虚警概率会稍大。但也在可容忍的范围内。即方法2具有与方法1相同的检测性能的同时，又具有一定的抗干扰能力。在实际应用中，基于信道内信号功率谱最大值的频谱认知算法应根据信道环境的实时变化以及具体的通信技术指标需求，恰当选取最佳判决门限，以实现频谱认知的最优性能。
综上，在本发明实施例提供的230MHz频段的频域能量检测方法中，利用频域能量检测算法检测每个信道内所有FFT采样点的信号功率谱值，选取最大值；将所述信道内信号功率谱最大值与预设判决门限进行比较，当所述信号功率谱值大于所述判决门限时，所述信道被占用，当所述信号功率谱值小于或等于所述判决门限时，所述信道空闲。可实现频段内的所有频点信息的感知，能够提高检测性能，还具有一定的抗干扰能力。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种230MHz频段的频域能量检测方法，其特征在于，包括：
设置频域能量检测的FFT采样速率及采样点数；
利用频域能量检测算法检测每个信道内所有FFT采样点的信号功率谱值，找到每个信道内的最大值；
将所述选择的每个信道内的信号功率谱最大值与预设判决门限进行比较，当所述信号功率谱值大于所述判决门限时，所述信道被占用，当所述信号功率谱值小于或等于所述判决门限时，所述信道空闲。
2.如权利要求1所述的230MHz频段的频域能量检测方法，其特征在于，所述电力信道的频段为223MHz-226MHz及229MHz-233MHz，每个所述信道的频段宽度为25kHz，共计280个信道。
3.如权利要求2所述的230MHz频段的频域能量检测方法，其特征在于，第一个信道经频谱搬移后对应基带信号，且其信号带宽的一半在负频率。
4.如权利要求2所述的230MHz频段的频域能量检测方法，其特征在于，所述FFT采样速率为20.48MHz，采样点数为4096，每隔5个采样点为一个信道。
5.如权利要求1所述的230MHz频段的频域能量检测方法，其特征在于，检测每个信道内的所有采样点的信号功率谱值，并将所得信道内信号功率谱值的最大值与所述判决门限作进行比较。
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Assignee: Yangzhou Wanfang Technology Co.,Ltd.

Assignor: Chongqing University

Contract record no.: X2022500000004

Denomination of invention: A frequency domain energy detection method in 230MHz frequency band

Granted publication date: 20210827

License type: Exclusive License

Record date: 20220530