认知无线电网络中的ofdm系统的能量检测方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于认知无线电（Cognitive Radio, CR)技术领域，涉及认知无线电网络 中的正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 0FDM)系统的能量 检测方法及装置。
【背景技术】
[0002] 现代无线通信领域的频谱资源是由无线电管理机构统筹授权并分配的，目前采用 采用静态的原则进行分配。但是，随着无线通信系统的日益增多，频谱资源越显匮乏，这一 方面是由于频谱资源的静态分配方法从时域和空域的双重角度来看，仍然存在许多未被充 分利用的空白频段。为解决频谱资源的不足，提出了一种已被广泛认可的认知无线电（CR) 技术。
[0003] 基于CR技术构建的网络被称为认知无线电（CR)网络，其主要由基本网络和认知 网络组成；基本网络是由已被授权分配频段的基本用户（Primary User，即PU，也可称为 "授权用户"）组成的各种异构的子网的全体；认知网络是希望借用PU的频段的次级设备组 成，每个次级设备即对应认知用户（Cognitive User,⑶)，它必须具备认知能力。当PU没 有使用其分配的频段时，CU可以利用这些相对空闲的频段实现CU之间的通信；但是，当PU 需要利用这些分配的频段时，不论CU是否已经利用这些频段，PU将直接在这些频段上传输 数据实现相应的通信。因此，当PU出现时，为避免CU信道与PU通信之间发生有害干扰，CU 必须很快地检测出PU信号的出现以便让出相应的频段；当HJ没有出现时，为提高频谱利用 效率，CU必须尽量很快地检测出没有PU信号出现。这样，对PU信号的可靠检测，是实现CR 技术为基础的CR网络的基本前提。
[0004] 正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 0FDM)技术是 多载波调制中的一种，其将被称为子载波的不同频率中的大量信号合并成单一的信号，从 而完成信号传送。OFDM中的各个子载波是相互正交的，每个子载波在一个符号时间内有整 数个子载波周期，每个子载波的频谱零点和相邻子载波的零点重叠，从而减小了子载波间 的干扰。
[0005] 对于基于OFDM技术的CR网络，对PU信号进行检测的常见方法之一是能量检测 (Energy Detection,ED)法。能量检测法是通用的频谱感知方法，其用于检测未知的PU信 号相对衰退信道的检测。能量检测方法通过测量设定时间输入信号波形的能量，再与预先 根据测试和/或经验设定门限值进行比较，得到检测结果。
[0006] 但是，在OFDM系统中，当PU信号的频带宽度较窄时，尤其跨骑在两个相邻子载波 的边界之间时，由于PU信号的带宽不够，基于已知的能量检测方法是难以准确检测该PU信 号是否存在的。在现有技术中，已知的能量检测方法采用FFT (快速傅氏变换）来检测每个 子载波上的功率变化，为对窄带宽的HJ信号进行准确检测，通常改变FFT的大小N(增大N) 来实现，但是，FFT的大小改变是受限制的，并且在OFDM系统中实际是难以变化的。
[0007] 因此，准确检测HJ信号是当前CR技术领域的关键技术难点。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于，在CR网络的OFDM系统中提高对PU信号的成功检测概率。
[0009] 为实现以上目的或者其他目的，本发明提供以下技术方案。
[0010] 按照本发明的一方面，提供一种认知无线电网络中的正交频分复用（OFDM)系统的 能量检测方法，其中，包括步骤： 对接收的基本用户信号（y[t])进行降频处理以得到相对更低频率的第一信号 (r[t])； 所述第一信号被分为并联的G组信号，该G组信号在时域中相加在一起再进行平均处 理（Clni[η])以平滑噪音，其中G为大于或等于2的整数；以及 对所述平均处理得到的信号（cUn])在频域中进行能量检测以获得对所述基本用户信 号的认知检测结果。
[0011] 根据本发明一优选实施例的能量检测方法，其中，所述基本用户信号（y[t])被降 频至零频率位置或零频位置附件处，所述第一信号（r[t])大致为零频信号。
[0012] 根据本发明还一实施例的能量检测方法，其中，在频域中进行能量检测包括以下 子步骤： 对所述平均处理得到的信号（(Un])进行N-点FFT处理，得到相应的频域信号 (Yn[k])，其中N为OFDM系统的认知用户信号的归一化带宽； 基于所述频域信号（YJk])计算其能量感知矩阵（T (k));以及 将所述能量感知矩阵（T(k))与门限值（Tth)进行比较，以判断每个子载波上是否存在 基本用户信号。
[0013] 在之前所述任一实施例中，所述门限值（Tth)通过预定的错误报警概率（P fa)计算 确定。
[0014] 在之前所述任一实施例中，优选地，所述基本用户信号（y[t])的频率估计误差 1/-爲|被限定为小于某一预定值以使所述平均处理得到的信号（Clni [η])的信噪比增益大于 零，其中，/为所述基本用户信号（y [t])的标准频率，尺为对所述基本用户信号（y [t])所 估计的信号频率。
[0015] 在之前所述任一实施例中，优选地，所述基本用户信号（y[t])为单频率信号或多 频率复合信号，其带宽小于或等于OFDM系统的认知用户信号的带宽。
[0016] 在之前所述任一实施例中，可选地，G的大小取决于所述基本用户信号（y[t])的 带宽相对认知用户信号的归一化带宽的大小和/或所述基本用户信号（y[t])的频率估计 误差I/-/。丨大小。
[0017] 按照本发明的又一方面，提供一种认知无线电网络中的OFDM系统的能量检测装 置，包括： 降频模块（210)，其用于对接收的基本用户信号（y[t])进行降频处理以得到相对更低 频率的第一信号（r[t]); 平滑噪音模块（220)，其用于将所述第一信号被分为并联的G组信号（r [mNG+Gn+g])并 将该G组信号在时域中相加在一起再进行平均处理（Clni[η])以平滑噪音，其中G为大于或等 于2的整数；以及 能量检测模块（230 )，其用于对所述平均处理得到的信号（Clni [η])在频域中进行能量检 测以实现对所述基本用户信号的认知检测结果。
[0018] 根据本发明一优选实施例的能量检测装置，其中，所述基本用户信号（y[t])被降 频至零频率位置或零频位置附近处，所述第一信号（r[t])大致为零频信号。
[0019] 根据本发明又一实施例的能量检测装置，其中，所述能量检测模块包括： FFT子模块（231)，其用于对所述平均处理得到的信号（Clni[η])进行N-点FFT处理以得 到相应的频域信号（YJk])，其中N为OFDM系统的认知用户信号的归一化带宽； 能量计算子模块（232)，其用于基于所述频域信号（Y"[k])计算其能量感知矩阵 (T(k));以及 比较判断子模块（233)，其用于将所述能量感知矩阵（T(k))与门限值（Tth)进行比较， 以判断每个子载波上是否存在基本用户信号。
[0020] 优选地，所述门限值（Tth)通过预定的错误报警概率（Pfa)计算确定。
[0021] 优选地，所述基本用户信号（y[t])的频率估计误差I/被限定为小于某一预 定值以使所述平均处理得到的信号（d>])的信噪比增益大于零，其中，/为所述基本用户 信号（y[t])的标准频率，尺为对所述基本用户信号（y[t])所估计的信号频率。
[0022] 可选地，所述基本用户信号（y[t])为单频率信号或多频率复合信号，其带宽小于 或等于OFDM系统的认知用户信号的带宽。
[0023] 本发明的技术效果是，在频域的能量检测之前，结合进行降频以及平滑噪音处理， 提高信噪比（SNR)增益，从而提高对PU信号的成功