[发明专利]随机信号功率频域估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及随机信号功率的估计技术，更具体地说涉及一种根据信号的频域特征估计随机信号功率的方法。

背景技术

当前，日益增长的频谱需求和有限的频谱资源之间的矛盾日显突出，严重制约了无线通信业务的发展。但从实际无线频谱运营情况来看，已分配(授权)的无线频谱在时间和空间上存在着相当程度的闲置，根据对无线频谱的测量数据报告，大部分无线频段的频谱使用率仅在10％左右。如何有效解决频谱资源稀缺与频谱使用率低之间的矛盾成为无线通信中的关键技术。赋予认知功能的无线电(CR)被公认为高效利用无线频谱的有效技术手段。

CR技术的核心则是通过动态频谱感知来探测“频谱空洞”，合理占用临时可用频段，并根据感知信息自适应、动态地改变自身信号发射功率、发射频率、调制方式等传输参数以规避正在通信的主用户(授权用户)。它要求次用户(CR用户)通过感知周围无线环境、改变自身传输参数以保证不对现存的主用户产生任何干扰。正是这种能迅速改变自身传输参数的特征使得CR技术被认为是未来通信的“下一次革命”。在频谱兼容性和互操作性变得越来越困难的今天，兼有物理层(PHY)和网络层(MAC)感知功能的CR技术被寄予了厚望。

正确感知和检测周围无线环境是CR工作的前提。常见的频谱检测器有匹配滤波检测器、能量检测器、循环平稳特征检测器、小波检测器和协方差检测器等。其中，能量检测器实现简单，无需信号的先验知识，只需测量频域或时域上一段观测空间内随机信号的总能量就可以判决是否有授权用户出现，是目前应用最广的一种频谱检测方法。

能量检测器的主要缺点是噪声干扰温度门限难以确定，特别当主信号极弱时，噪声的波动性对判决门限的预定影响非常大，很难准确设置判决门限以保证频谱检测的准确性。另外，能量检测器的判决门限有时还与信号功率相关。只有准确知道信道噪声功率和信号功率，才能有效、准确地设置能量检测器的判决门限，提高频谱检测性能。

实际上，在许多随机信号的检测过程中往往需要掌握待检测信号中噪声功率和有用信号功率，因此随机信号功率估计具有非常重要的现实意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，解决噪声功率不确定性和信号功率不确定性对能量检测器性能的影响，设计一种在频域中估计信道高斯噪声和信号功率的方法，即一种随机信号功率频域估计方法。

上述目的通过下述技术方案予以实现：

设随机信号y(t)＝s(t)+n(t)，其中，n(t)表示加性高斯噪声，s(t)表示有用信号，对所述随机信号y(t)的所述功率估计包括下列步骤：

1)采样，在0≤t≤T内对随机信号y(t)进行抽样点数M的采样，将连续信号y(t)转变成离散信号y(m)，0≤m≤M-1；

2)时频变换，将离散信号y(m)通过快速傅里叶变换器进行时频变换，得到随机信号y(t)的频域离散信号Y(m)；

3)信号分解，以Y(m)作为本原信号空间Z(l)，0≤l≤L-1，L为本原信号空间Z(l)的长度。将本原信号空间Z(l)均匀分成上频带信号空间U＝{U(k)}和下频带信号空间D＝{D(k)}，0≤k≤K，K＝L/2；

4)噪声空间选择，比较上频带信号空间U＝{U(k)}和下频带信号空间D＝{D(k)}的能量，选择能量较低的频带信号空间作为噪声功率估计空间N(k)，0≤k≤K，K＝L/2；

5)显著性水平计算，根据给定显著性水平因子β₀和系数η，在噪声功率估计空间N(k)中计算显著性水平

β=Pr{N(k)>η·σ^n}]]>

其中，为噪声功率估计空间N(k)的平均功率；

6)噪声功率估计，比较上述两个显著性水平。如果

β≤β₀