[发明专利]一种双阶段盲频谱感知方案

说明书

本发明充分利用单个频谱感知器的优势，公开了一种双阶段盲频谱感知方法。根据评估的无线电环境中的信噪比，在信噪比较高的情况下使用能量检测法来检测频谱空洞；在信噪比较低的情况下，使用协方差矩阵检测法来确定目标频段的占用情况。由此极大地提高了频谱感知的有效性和可靠性。

技术领域

本发明涉及认知无线电技术领域，尤其涉及一种认知无线电频谱感知方法。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展以及注册频段较低的频谱利用率，无线电频谱成为一种稀缺资源。为此，Joseph Mitola博士提出了认知无线电技术，允许未授权用户(次级用户)在授权用户(主用户)没有占用频段的情况下使用该频段进行自己的通信。认知无线电的关键技术主要有频谱感知、频谱分配、频谱决策、频谱共享等。频谱感知是认知无线电(CR)最核心的一个技术，它的主要目的是检测目标频段是否为空闲。感知精度和感知复杂度决定着一个认知无线电装置的性能。而检测概率，虚警概率以及可得到的吞吐量影响着感知精度。

常用的频谱感知方法主要包括能量检测(ED)、匹配滤波检测、循环特征检测、协方差矩阵检测(CMM)等。匹配滤波检测是一种相干检测技术，在接收端采用相干检测器去匹配信号特征如导频等。然而，作为最佳的检测技术，匹配滤波检测需要关于主用户信号的完整信息，如工作频率，带宽，调制类型和顺序，脉冲形状和分组格式。由于较低的感知复杂度以及不依赖于检测信号先验知识等优点，能量检测是一种广泛认可的频谱感知方法。然而随着信噪比的降低，由于噪声方差的不精确估计，基于能量检测的频谱感知准确性急剧下降。为了提高频谱感知性能，提出了循环平稳特征检测方法，通过观察接收信号的平均值和自相关，利用频谱循环周期性检测频谱空洞。循环平稳特征检测需要主信号的载波频率，并且对采样时钟频率同步情况要求较高；相比于能量检测和匹配滤波检测，其计算复杂度也更高。不同于以上检测方案，协方差矩阵检测是一种盲检测方法，不需要主信号和噪声信息的先验知识。另外，协方差矩阵检测适用于相关信号检测，而我们日常接触到的大部分信号都是相关信号。所以协方差矩阵检测是一种贴近于现实的检测方案。相比于能量检测，协方差矩阵检测需要更高的感知复杂度。不过，在强噪声环境下，协方差矩阵检测方法具有更高的检测准确性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于充分利用单个频谱感知器的优势，提高认知无线电频谱感知的有效性和可靠性。

基于上述目的本发明提供一种双阶段盲频谱感知方法，包括以下步骤：

步骤一，接收第一频段的信号，并按特定频率对所述信号进行抽样；

步骤二，对抽样得到的离散时间信号序列，求自相关，并构造Toeplitz协方差矩阵；

步骤三，对Toeplitz协方差矩阵进行特征值分解，评估无线电环境的实时信噪比；

步骤四，根据无线电环境的实时信噪比以及预先设定的信噪比阈值，确定最优的频谱感知方案；

步骤五：根据确定的频谱感知方案，计算接收信号的能量值或Toeplitz协方差矩阵对角元素绝对值之和与全部元素绝对值之和的比值；

步骤六：根据所述比值判定目标频段的状态。

其中，所述第一频段的信号是通过认知无线电(CR)设备的天线接收的。

进一步地，所述根据所述比值判定目标频段的状态，包括根据所述比值判定目标频谱是否空闲。

进一步地，所述根据所述比值判定目标频谱是否空闲，具体为：判断所述接收信号的能量值或Toeplitz协方差矩阵对角元素绝对值之和与全部元素绝对值之和的比值是否大于预设阈值。

进一步地，若判断结果为是，则确定所述目标频段处于忙碌状态，否则确定所述目标频段处于空闲状态。

本发明提供的一种双阶段盲频谱感知装置，包括以下模块：