基于协方差匹配的多天线频谱感知方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN101986583A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN101986583A(43)申请公布日2011.03.16(21)申请号201010567182.2H04B1/707(2011.01)(22)申请日2010.12.01(71)申请人东南大学地址210096江苏省南京市四牌楼2号(72)发明人曹秀英杨喜彭盛亮朱鹏程(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2页说明书8页附图3页(54)发明名称基于协方差匹配的多天线频谱感知方法(57)摘要基于协方差匹配的多天线频谱感知方案具体包括半盲检测方法和全盲检测方法。半盲检测方法通过比较接收信号取样协方差矩阵与已知的噪声协方差矩阵(这里表示噪声方差，M表示接收天线数目，IM表示M×M单位矩阵)，构造了新的检测量而全盲检测方法利用主信号没有出现时，其归一化的取样协方差矩阵应该近似等于对角阵的事实，构造了另一个新的检测量这两种方法利用相关性作为构造判决量的基础，均无需预先知道主用户信号和传输信道的统计特性；尤其对于基于协方差匹配的全盲检测算法，在噪声方差未知的情况下也能有效地实施频谱感知。CN1098653ACCNN110198658301986584A权利要求书1/2页1.一种基于协方差匹配的多天线频谱感知方法，其特征在于该方法具体包括半盲检测和全盲检测两种方法；基于协方差匹配的半盲检测方法通过比较接收信号取样协方差矩阵与已知的噪声协方差矩阵构造新的检测量而基于协方差匹配的全盲检测方法利用主信号没有出现时，其归一化的取样协方差矩阵应该近似等于对角阵的事实，构造另一个新的检测量这两种方法利用相关性作为构造判决量的基础，均无需预先知道主用户信号和信道的统计特性；对于基于协方差匹配的全盲检测算法，在噪声方差未知的情况下也能有效地实施频谱感知；其中：表示噪声方差，M表示接收天线数目，IM表示M×M单位矩阵；Trace(·)表示矩阵的迹运算。2.根据权利要求1所述的基于协方差匹配的多天线频谱感知方法，其特征在于基于协方差匹配的半盲检测方法通过比较接收信号取样协方差矩阵与已知的噪声协方差矩阵的差别来判断空闲频谱是否存在，通过矩阵的迹运算来体现这一差别，其具体步骤表述为：1)对M根接收天线的信号进行采样，形成N个接收信号向量：xi＝[xi(1)Txi(2)...xi(M)]，i＝1，...，N，这里上标T表示向量转置运算符，2)根据预设定的误警概率Pf计算判决门限：其中，r＝M(M+1)/2，表示自由度为r的卡方随机变量的逆累积分布函数；3)计算接收信号的取样协方差矩阵：4)计算判决量：5)判决过程：如果T1＞γ1，则表明主用户信号存在，即频段被占用，次级用户不能使用该频段；如果T1＜γ1，则表明主用户信号不存在，即频段没有被占用，次级用户可以使用该空闲频段。3.根据权利要求1所述的基于协方差匹配的多天线频谱感知方案，其特征在于基于协方差匹配的全盲检测方法通过比较归一化的取样协方差矩阵与对角阵的差别来判断空闲频谱是否存在，通过矩阵的迹运算来体现这一差别，其步骤具体表述为：1)对M根接收天线的信号进行采样，形成N个接收信号向量：xi＝[xi(1)Txi(2)...xi(M)]，i＝1，...，N。这里上标T表示向量转置运算符；2CCNN110198658301986584A权利要求书2/2页2)根据预设定的误警概率Pf计算判决门限：这里，r＝M(M+1)/2-1，表示自由度为r的卡方随机变量的逆累积分布函数，3)计算接收信号的取样协方差矩阵：4)计算判决量：5)判决过程：如果T2＞γ2，则表明主用户信号存在，即频段被占用，次级用户不能使用该频段；如果T2＜γ2，则表明主用户信号不存在，即频段没有被占用，次级用户可以使用该空闲频段。3CCNN110198658301986584A说明书1/8页基于协方差匹配的多天线频谱感知方法技术领域[0001]本发明涉及两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。背景技术[0002]认知无线电技术被认为是一种能够有效缓解日益增长的频谱需求与有限的频谱资源之间矛盾的技术。认知无线电要求次级用户(非授权用户)之间的通信不能干扰主用户(授权用户)的正常通信。为了避免这种干扰，认知无线电系统通常要求次级用户利用频谱感知技术周期性地检测主用户的活动情况。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。[0003]常用的感知技术包括能量检测方法、匹配滤波检测方