一种基于拟合优度检验的频谱感知方法

摘要

本发明公开了一种基于拟合优度检验的频谱感知方法，其利用感知节点对监测信道的信号进行采样，得到采样信号，然后用采样信号计算检验统计量，最后通过比较检验统计量与判决门限的大小，判定在该监测信道内有无授权用户信号，从而实现频谱感知；优点是无需对采样信号中的采样点进行排序，且计算检验统计量只需利用采样信号，因此计算量小；具有比Teguig等人提出的基于卡方拟合优度检验的频谱感知方法更好的频谱感知性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种认知无线电系统中的频谱感知技术，尤其是涉及一种基于拟合优度检验的频谱感知方法。

背景技术

经过近几十年的无线通信快速发展，可供使用的频谱资源大部分已经被分配给了特定的授权用户。也就是说，即使这些频谱资源处于空闲状态，非授权用户也不能使用它，这导致大量的非授权用户在竞争着少量的非授权频段的资源。种种现象表明，现在的频谱资源越来越紧缺。然而研究发现，被分配给授权用户的频谱资源的利用率非常低。授权频段在空间和时间上的资源利用率在15％到85％之间，其利用率非常不平衡，如果在不干扰授权用户的前提下，能够允许非授权用户接入授权频段，那么就能够有效缓解频谱资源紧缺的问题。认知无线电的提出为提高频谱资源的利用率提供了一个可行的思路，其能够有效利用已被分配但是处于空闲状态的频谱资源。为了防止对授权用户产生不可接受的干扰，同时能够有效检测出处于空闲状态的频谱资源，频谱感知成了认知无线电中的关键技术之一。

常见的频谱感知方法有能量检测法、相关矩阵检测法、循环平稳特征检测法等。其中，能量检测法由Urkowitz等人在1967年发表的《Energy Detection of UnknownDeterministic Signals》(未知确定信号的能量检测法)中提出。Urkowitz等人提出的能量检测法具有实现简单、计算量小等特点，但是该方法在噪声功率未知情况下，频谱感知性能较差。最近，Teguig等人在2014年发表的《Spectrum sensing method based on goodnessof fit test using chi-square distribution》(基于利用卡方分布的拟合优度检验的频谱感知方法)中提出了基于卡方拟合优度检验的频谱感知方法，该方法的频谱感知性能较好，但是由于该方法需要对采样信号中的采样点进行排序，因此计算量大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种计算量小，且频谱感知性能好的基于拟合优度检验的频谱感知方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于拟合优度检验的频谱感知方法，其特征在于包括以下步骤：

①在认知无线电中，利用感知节点对监测信道的信号进行N次采样，得到由N个采样点的信号构成的采样信号，将采样信号中的第n个采样点的信号记为x(n)，其中，N≥2，1≤n≤N；

②利用采样信号计算基于拟合优度检验的检验统计量，记为T，其中，e表示自然常数，ln( )表示以自然常数e为底的自然对数，符号“| |”为取绝对值符号；

③比较检验统计量T与判决门限λ的大小，如果T>λ，则判定在监测信道内有授权用户信号；如果T≤λ，则判定在监测信道内没有授权用户信号，其中，λ＝2σ²F^-1(1-P_f)，σ²表示感知节点的噪声功率，P_f表示虚警概率，0≤P_f≤1，F^-1( )为逆函数表示形式，F^-1(1-P_f)表示标准正态分布的累积分布函数的逆函数。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)本发明方法无需对采样信号中的采样点进行排序，且计算检验统计量只需利用采样信号，因此计算量小。

2)本发明方法在获得检验统计量T的过程中利用了监测信道内有授权用户信号时的采样信号的功率大于监测信道内没有授权用户信号时的采样信号的功率这一特点，而Teguig等人提出的基于卡方拟合优度检验的频谱感知方法没有利用这一特点，因此本发明方法具有比Teguig等人提出的基于卡方拟合优度检验的频谱感知方法更好的频谱感知性能。

附图说明

图1为本发明方法的流程框图；

图2为当N＝120时，本发明方法和Teguig等人提出的频谱感知方法的检测概率的比较示意图；

图3为当N＝50时，本发明方法和Teguig等人提出的频谱感知方法的检测概率的比较示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明提出的一种基于拟合优度检验的频谱感知方法，其流程框图如图1所示，其包括以下步骤：

①在认知无线电中，利用感知节点对监测信道的信号进行N次采样，得到由N个采样点的信号构成的采样信号，将采样信号中的第n个采样点的信号记为x(n)，其中，N≥2，如取N＝120，1≤n≤N。

②利用采样信号计算基于拟合优度检验的检验统计量，记为T，其中，e表示自然常数，e＝2.71828182845904523536...，ln( )表示以自然常数e为底的自然对数，符号“| |”为取绝对值符号。

③比较检验统计量T与判决门限λ的大小，如果T>λ，则判定在监测信道内有授权用户信号；如果T≤λ，则判定在监测信道内没有授权用户信号，其中，λ＝2σ²F^-1(1-P_f)，σ²表示感知节点的噪声功率，σ²的值可以通过现有的技术手段估计得到，在本发明方法中直接假设σ²＝1，P_f表示虚警概率，0≤P_f≤1，F^-1( )为逆函数表示形式，F^-1(1-P_f)表示标准正态分布的累积分布函数的逆函数。

通过以下仿真以进一步说明本发明方法的可行性和有效性。

假设感知节点对监测信道的信号进行N＝120次采样，感知节点的噪声功率为σ²＝1，信噪比为-5分贝，分别利用本发明方法和Teguig等人提出的频谱感知方法进行频谱感知，检测概率如图2所示。从图2中可以看出，本发明方法的检测概率曲线高于Teguig等人提出的频谱感知方法的检测概率曲线，这表明本发明方法具有比Teguig等人提出的频谱感知方法更好的频谱感知性能。

假设感知节点对监测信道的信号进行N＝50次采样，感知节点的噪声功率为σ²＝1，信噪比为-5分贝，分别利用本发明方法和Teguig等人提出的频谱感知方法进行频谱感知，检测概率如图3所示。从图3中可以看出，本发明方法具有比Teguig等人提出的频谱感知方法更好的频谱感知性能。