专利名称：基于ofdm频域内插导频的循环平稳特征频谱感知方法
技术领域：
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及无线通信正交频分复用OFDM调制信号的频谱感知方法，更进一步涉及一种基于OFDM频域内插导频的循环平稳特征频谱感知方法，可广泛应用于各类具有频域内插导频的宽带OFDM无线通信系统。
背景技术：
无线电频谱是由各种无线业务所共享的一种有限物理资源，频谱授权机制为保证优质的服务和避免干扰提供了一种有效的方式，但该机制却导致无线电频谱资源利用率非常低下。随着现代无线通信服务需求量的大幅增加，对于无线电频谱资源的需求也将会进一步增加，人们不得不关注未来无线频谱资源的短缺问题。另一方面，有关无线电频谱的调查报告却表明，目前大部分已授权频谱并未获得充分的利用。面对频谱分配饱和与频谱使用不足的冲突与矛盾，认知无线电的概念应运而生，它允许次用户可以机会式的利用已授权的频段，从而提高频谱利用率，有利于无线网络的接入效率。认知无线电最重要的功能是感知无线电环境，即频谱感知，以发现当前可利用的频谱空间，并有效地利用它们进行传输。频谱感知包括两方面的内容:首先是感知目标频段是否存在主用户信号，判断该频段是否处于空闲状态，从而决定次用户能否使用该频段；其次，次用户在使用该频谱空穴时，还应监测主用户是否需要接入该频段，如果主用户出现，则次用户必须立刻退出以避免对主用户造成干扰。因此，频谱感知技术能够在不对主用户造成干扰的条件下有效提高整体频谱的利用效率。然而，频谱感知技术在实际中具有很大的挑战性，首先，所检测信号的信噪比可能非常微弱，例如一个主发射机即使距离次用户很近，主用户传输信号仍可能经历深度的衰落，因而次用户接收到主用户信号信噪比会远低于_20dB，然而次用户仍需检测主用户是否存在，以避免在主用户发送数据时对其产生严重的干扰；其次，无线信道的多径衰落和时间弥散效应使感知问题变 得尤为复杂，多径衰落可能会导致信号的功率波动幅度高达30dB，而未知的时间弥散可能会使相干检测变得不可靠；最后，检测过程中的噪声和干扰水平可能会随时间和地点发生改变，从而导致噪声功率的不确定性。面对这些挑战，人们已经提出了众多频谱感知方法，包括主用户发射机检测、协作检测和基于干扰温度的检测等。主用户发射机检测方法又包括传统的似然比检测、能量检测、匹配滤波检测、循环平稳特征检测和一些新兴的方法，如基于特征值的检测、基于协方差的检测等等。由于OFDM信号具有自身独特的特征，因此可以对其使用针对性的频谱感知方法，一种是基于OFDM循环前缀的滑动窗能量检测方法，其优点在于实现起来非常简单，但需要计算多个循环前缀长度的滑动窗，因此复杂度很高，且感知判决门限的计算需要知道噪声方差的准确信息，即其性能非常容易受到噪声方差估计误差的影响；为此，有人提出了一种基于自相关的能量检测方法，其优点在于复杂度较低，且不需要知道噪声方差的信息，但是其性能与循环前缀的长度密切相关，循环前缀越长则检测越可靠，而多数OFDM系统出于吞吐量的考虑，循环前缀的长度通常不会很长；为此，有人基于OFDM内插导频处理的匹配滤波感知方法提出了一种基于时域符号间相关的检测方法，其基本思想为当两个OFDM符号有着相同分布的频域内插导频符号时,可以通过时域OFDM符号间的相关提取出符号中的导频信息，这种方法提取出的频域导频信息是一种更加有效的检验统计量，其性能优于基于循环前缀的检测方法，然而OFDM系统不可能在两个符号中发送相同的导频序列，因此这种方法难以应用于实际中。
发明内容
本发明的目的在于针对现有无线OFDM系统频谱感知方法的不足，提出一种基于OFDM内插导频的循环平稳特征频谱感知方法，以在不依赖于循环前缀长度的情况下，提高低信噪比衰落信道的检测性能。实现本发明目的的基本思路是:利用时域平滑周期图法得到OFDM信号的谱相关函数，并在谱相关函数中挑选具有导频相关数据特征的点来进行统计决策以达到频谱感知的目的，其具体实现步骤如下:(I)主用户发送的OFDM基带离散信号经信道传输后到达接收端，接收端接收到的时域信号为y(m，n)，其中，m指示符号位置，n指示子载波位置；再由FFT变换实现时域信号到频域信号的解调，表示为Y(m, f) =H(f)X(m, f)+N(f),其中，f指示频率位置，X(m, f)表示主用户发送的基带离散频域信号，H(f)表示信道频率响应，N(f)表示加性高斯白噪声的频域形式；(2)利用时域平滑周期图法计算时域信号y(m，n)时域平滑后的谱相关函数
W):1 M-权利要求
1.一种基于OFDM内插导频的循环平稳特征感知方法，包括以下步骤: (1)主用户发送的OFDM基带离散信号经信道传输后到达接收端，接收端接收到的时域信号为y(m，n)，其中，m指示符号位置，n指示子载波位置；再由FFT变换实现时域信号到频域信号的解调，表示为Y (m，f)=H(f)X(m, f)+N(f)，其中，f指示频率位置，X(m, f)表示主用户发送的基带离散频域信号，H(f)表示信道频率响应，N(f)表示加性高斯白噪声的频域形式； (2)利用时域平滑周期图法计算时域信号y(m，n)时域平滑后的谱相关函数和(/):1 M-1
2.根据权利要求所述的基于OFDM内插导频的循环平稳特征感知方法，其中所述步骤(2)中的第m个OFDM符号的谱相关函数和《(/)，表示如下:
3.根据权利要求所述的基于OFDM内插导频的循环平稳特征感知方法，其中步骤5a)所述的根据奈曼皮尔逊检测定理，求出虚警概率Pfa和检测概率Pd，按如下公式进行:
4.根据权利要求所述的基于OFDM内插导频的循环平稳特征感知方法，其中步骤5b)所述的根据奈曼皮尔逊检测定理，计算近似的检测门限X，按如下步骤进行: (1)根据实际要求，给定一个虚警概率Pfa; (2)按如下公式计算出检测门限入:
5.根据权利要求所述的基于OFDM内插导频的循环平稳特征感知方法，其中步骤5b)所述的根据奈曼皮尔逊检测定理，计算接收端的检测概率Pd，按如下公式进行:
全文摘要
本发明公开了一种基于OFDM内插导频的循环平稳特征频谱感知方法，主要解决现有感知技术性能受限于循环前缀长度，以及导频相位随机变化导致性能下降的问题。其实现步骤为(1)对接收端接收到的时域信号经由快速傅里叶变换实现时域信号到频域信号的变换；(2)利用时域平滑周期图法计算频域信号的谱相关函数；(3)从谱相关函数中选取特征点；(4)依据信道条件，利用选取的特征点构建相应的检验统计量；(5)将检验统计量与相应的感知判决门限进行比较，以判定待感知信道是否存在主用户信号，并给出其可信度度量。本发明不依赖于OFDM符号循环前缀长度，在低信噪比衰落信道条件下具有良好的检测性能，可广泛应用于各类宽带无线OFDM通信系统。
文档编号H04L27/26GK103237311SQ201310169169
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月8日 优先权日2013年5月8日
发明者王勇, 刘乐, 葛建华, 周建 申请人:西安电子科技大学