专利名称：基于协方差匹配的多天线频谱感知方法
技术领域：
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：
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。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，当检测相关信号时，研究表明该检测方法性能将显著下降。另 一方面，在检测过程中，能量检测方法需要利用噪声方差信息，而现实环境中噪声方差是时 变的、随机的，即所谓的“n0iseUncertainty(噪声不确定性)”问题。现有的研究结果表明， 能量检测方法的检测性能将随着噪声不确定问题的出现而显著下降，最终导致所谓的“SNR wall”现象，一旦出现这种现象，即使增加再多的采样点数，能量检测方法的检测性能也得 不到提高。为了克服能量检测方法的上述问题，一些学者提出了基于信号相关性的检测方 法，包括最大/最小特征值比方法、能量/最小特征值比方法和协方差对角线/非对角线元 素绝对值比方法。这些方法利用信号采样之间的相关性来构造检测量，均无需噪声方差信 息的辅助就可以实施空闲频谱的检测，克服了噪声不确定性问题，因而形成了一类具有广 泛应用前景的全盲检测方法。尽管这些方法在存在噪声不确定性的场景下表现出良好的检 测性能，但是它们的检测门限是在基于取样规模N为无穷大(对于最大/最小特征值比方 法和能量/最小特征值比方法而言，要求取样向量的维数M也为无穷大)的假定下求得的。 由于感知时间的限制，N不可能为无穷大，并且在多天线感知场景下，天线数目M—般也非 常小。显然，实际感知场景中的这些限制条件将导致上述的极限理论门限值将变得极其不 准确，使得这些方法在实际的感知应用当中检测性能变得不可靠。
发明内容
技术问题经典的能量检测方法仅仅利用接收信号的能量信息判断主用户信号的 有无，当信号取样存在相关性或者发生噪声不确定现象时，其性能都将显著下降。本发明提 出一种能够同时利用相关信息和能量信息进行感知的基于协方差匹配的多天线频谱感知 方法，具体包括基于协方差匹配的半盲检测方法和基于协方差匹配的全盲检测方法。另外相对于最大/最小特征值比方法、能量/最小特征值比方法和协方差对角线/非对角线元 素绝对值比方法，本发明提出的基于协方差匹配的全盲检测方法的门限确定方便、准确，能 很好地适应于实际的感知场景。 技术方案本发明的基于协方差匹配的多天线频谱感知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Tmce ^-Im ；而基于协方差匹配的全盲检
权利要求
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。FDA0000035475230000011.tif,FDA0000035475230000012.tif,FDA0000035475230000013.tif,FDA0000035475230000014.tif,FDA0000035475230000015.tif,FDA0000035475230000016.tif,FDA0000035475230000017.tif,FDA0000035475230000018.tif
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
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
全文摘要
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。
文档编号H04B17/00GK101986583SQ20101056718
公开日2011年3月16日 申请日期2010年12月1日 优先权日2010年12月1日
发明者彭盛亮, 曹秀英, 朱鹏程, 杨喜 申请人:东南大学