一种基于协方差矩阵分解的盲频谱感知方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102118201A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102118201A(43)申请公布日2011.07.06(21)申请号201010618520.0(22)申请日2010.12.31(71)申请人吉首大学地址416000湖南省湘西土家族苗族自治州湖南省吉首大学物理科学与信息工程学院(72)发明人雷可君杨喜彭盛亮朱鹏程唐岚(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人柏尚春(51)Int.Cl.H04B17/00(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图1页(54)发明名称一种基于协方差矩阵分解的盲频谱感知方法(57)摘要一种基于协方差矩阵分解的盲频谱感知方法涉及无线通信中认知无线电领域次级用户检测频谱空洞的方法，该方法首先对接收信号向量的取样协方差矩阵作Bartlett分解得到相应的上三角矩阵；然后利用该矩阵非对角元素的平方和与对角元素的平方和之商作为检测频谱空洞的统计判决量，当该判决量大于某一门限值时，判定频谱空洞不存在，反之，判定频谱空洞存在。本发明所涉及的感知方法的理论判决门限具有简单的闭式形式，能够快速而精确地被计算出来，且适合于任何取样规模的感知场景；另一方面该方法不需要主用户信号、信道和噪声的统计特征来参与实施频谱感知，是一种全盲检测方法，能够有效地克服经典的能量检测方法所遭遇的“噪声不确定性”问题。CN1028ACCNN110211820102118207A权利要求书1/1页1.一种基于协方差矩阵分解的盲频谱感知方法，其特征在于该方法通过对接收信号向量的取样协方差矩阵作Bartlett分解后所得的上三角矩阵来构造统计判决量：首先对作Bartlett分解得到，这里分解后所得的矩阵为一个上三角矩阵；然后利用矩阵的非对角线元素的平方和与对角线元素的平方和之商作为频谱空洞检测的统计判决量，当该判决量大于某一门限值时，判定频谱空洞不存在，反之，当该判决量小于该门限值时，则判定频谱空洞存在。2.根据权利要求1所述的基于协方差矩阵分解的盲频谱感知方法，其特征在于通过对作Bartlett分解后所得的上三角矩阵来构造统计判决量的具体步骤为：1）.收集根接收天线的接收信号采样，形成个接收信号向量，；其中：表示第根天线的第个采样信号，上标T表示转置运算；2）.计算接收信号的取样协方差矩阵：；3）.对作Bartlett分解得到；其中，是一个对角线元素为正数的上三角矩阵，这里标记为，其中表示的第行，第列元素；；4）.计算判决量：；其中：表示的非对角线元素的平方和，表示的对角线元素的平方和；5）.计算判决门限：；其中：表示预先设定的目标误警概率，，，表示参数为和的F分布的逆累积分布函数；6）.判决过程：如果，则判定主用户信号存在，即频谱空洞不存在；如果，则判定主用户信号不存在，即频谱空洞存在。2CCNN110211820102118207A说明书1/6页一种基于协方差矩阵分解的盲频谱感知方法技术领域[0001]本发明涉及一种适应于认知无线电中空闲频段感知的实现方法，属于无线通信中的认知无线电技术领域。背景技术[0002]频谱是无线通信的宝贵资源。在传统的无线通信系统中，频谱分配是固定的。一旦一段频谱授权给某个用户，这个用户（授权用户，主用户）便对其具有独占性，即使自身不使用也禁止其它用户（非授权用户，次级用户）占用。这种频谱分配模式实现简单，有利于保证主用户的服务质量，在无线通信发展伊始就得到了广泛应用，并一直沿用至今。然而，近来的研究表明，主用户在独享授权频段的同时，却没有充分利用该频段。根据美国联邦通信委员会的调查报告，授权频段的利用率在15％到85％之间波动；很多授权频段在不同的时间段内、不同的地理区域里都未被利用，形成了大量的频谱空洞。在频谱需求日益增大的今天，合理回收利用这些频谱空洞，可以极大地缓解当前频谱资源紧张的问题。[0003]认知无线电是一种有效利用频谱空洞的新技术。这一技术允许次级用户在主用户未使用授权频段（频谱空洞存在）的前提下使用该频段；一旦主用户重新使用授权频段（频谱空洞消失），次级用户必须马上停止使用，以免对主用户产生干扰。为了达到这一目标，次级用户首先必须检测频谱空洞是否存在。只有当检测到主用户信号没有出现时，次级用户才可以使用主用户空出来的频谱资源。因此，有效地实施频谱感知是认知无线电得以实现的前提和基础，而频谱感知技术也就成为认知无线电技术的关键技术之一。[0004]常用的感知技术包括能量检测方法、匹配滤波检测方法和循环相关检测方法。由于基于能量的检测实现简单，检测无需利用信道和主用户信号的信息，因而能量检测方法成为应用最为广泛的检测方法之一。在检测零均值独立高斯主用户信号时，能量检测方法具有最优的检测性能。然而，当检测相