一种基于二次连续判决的序列检测方法与流程

1.本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于二次连续判决的序列检测方法，可用于认知无线电中的频谱感知。


背景技术：

2.随着无线通信和移动通信的快速发展，日益增长的无线频谱需求与有限的频谱资源之间的矛盾已经成为当前无线通信行业的突出矛盾，然而与此同时，又存在着大量授权的频谱被闲置或者利用率极低的现象。在这种现状下，认知无线电的技术得到了大量的关注。认知无线电的核心思想是在已授权的频段内寻找空闲频谱，在不影响授权用户正常通信的前提下，允许认知用户能够感知、识别并接入当前空闲的频段，从而大幅提高频谱利用率。它包含了频谱感知、动态频谱分配和无线频谱管理三大关键技术，其中频谱感知技术因为其基础性作用而成为研究的热点。
3.频谱感知的作用是尽量快而准确地检测出授权频带是否正在被使用，即授权用户是否正在工作。目前频谱感知技术中主要的信号检测方法包括匹配滤波器检测法、能量检测法、循环平稳检测法以及特征值检测法等算法。但是以上检测不能解决频谱利用率和可靠性之间的矛盾，即频谱利用率高就会导致不可靠，可靠性高则会导致低的频谱利用率。其中，序列检测可以在保证检测性能一定的情况下减少感知时间，即提高频谱利用率，从而得到了大量关注。
4.传统序列检测的机制均是假设在检测性能一定的条件下进行检测，无法提高认知用户的检测性能。如果我们想在高频谱利用率的基础上提高检测性能，传统的序列检测算法将无法满足使用要求。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题在于：认知无线电由于能够解决无线通信领域中越来越少的频谱资源和日益增长的频谱使用需求之间的矛盾而得到了越来越广泛的关注，成为了研究热点，其主要的思想是通过对授权频谱进行“二次利用”的方式来解决频谱资源缺乏的问题。然而在无线电环境中由于存在固有衰落和阴影，一些非常微弱的主信号需要被迅速且可靠地感知到，“迅速地感知”指的是感知时间需要尽可能少，这样可以提高频谱利用率；“可靠地感知”指的是感知的信息要尽可能准确，这样可以提高可靠性。本发明正是用来解决认知无线电环境下的频谱感知中的可靠性和高频谱利用率之间的矛盾。本发明提供一种基于二次连续判决的序列检测方法。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
7.本发明提供一种基于二次连续判决的序列检测方法，该方法包括以下步骤：
8.步骤1，定义授权用户和认知用户；授权用户，是指获得了频谱使用权的用户；认知用户，是指没有获得频谱使用权的用户；
9.步骤2，设置授权用户处于工作状态的门限值和不工作状态的门限值；
10.步骤3，认知用户的接收端对接收到的信号进行采样；
11.步骤4，对采样信号的各个分量平方相加得到检验统计量；
12.步骤5，计算授权用户处于不工作状态的判决域；
13.步骤6，计算授权用户处于工作状态的判决域；
14.步骤7，判决检验统计量是否落入判决域的区域：若检验统计量没有落入判决域，则返回步骤3；若检验统计量落入判决域，则判决出具体落入的判决域，判决出授权用户是否处于工作状态。
15.进一步地，本发明的所述步骤3中的具体方法为：
16.认知用户的接收端对接收到的信号进行不间断采样，得到采样信号： xm＝[x(t1),...,x(tk),...,x(tm)],若授权用户的工作电平为pi,i＝0,1，则xm的各个分量均服从均值为0、方差为的复高斯分布，其中x(tk)为第k个采样信号， 1≤k≤m，γ为信道增益，为噪声方差，m为采样信号点数。
[0017]
进一步地，本发明的所述步骤4中的具体方法为：
[0018]
对采样信号xm的各个分量取模并平方相加，得到检验统计量：
[0019]
进一步地，本发明的所述步骤5中的具体方法为：
[0020]
定义p(xm|p1)表示当授权用户的工作电平为p1时其采样信号xm的概率密度函数：
[0021][0022]
定义p(xm|p0)表示当授权用户不工作时其采样信号xm的概率密度函数：
[0023][0024]
1)认知用户认为授权用户的工作电平为p0，即不工作的判决准则；
[0025]
若认知用户在采样的过程中，存在一个m使得下面两式同时成立：
[0026][0027]
则认知用户认为授权用户不工作，其中pr(p1)表示授权用户处于工作状态的先验概率，pr(p0)表示授权用户处于不工作状态的先验概率；
[0028]
2)根据1)中的判决准则，计算出授权用户处于不工作状态的临界值φ0(m)；
[0029][0030][0031]
3)根据2)中的临界值φ0(m)计算出授权用户处于不工作状态的判决域 rm(p0)；
[0032]rm
(p0):＝[0,φ0(m)]。
[0033]
进一步地，本发明的所述步骤6中的具体方法为：
[0034]
1)认知用户认为授权用户的工作电平为p1的判决准则；
[0035]
若认知用户在采样的过程中，存在一个m使得下面两式同时成立：
[0036][0037]
则认知用户认为授权用户处于工作状态；
[0038]
2)根据1)中的判决准则，计算出授权用户处于工作状态的临界值φ1(m)；
[0039][0040][0041]
3)根据2)中的临界值φ1(m)计算出授权用户处于工作状态的判决域 rm(p1)；
[0042]rm
(p1):＝[φ1(m),+∞]。
[0043]
进一步地，本发明的所述步骤7中的具体方法为：
[0044]
根据检验统计量t(xm)和判决域rm(pi)的相对关系判决授权用户的工作电平：
[0045]
若t(xm)∈[0,φ0(m)]，则授权用户处于不工作状态；
[0046]
若t(xm)∈[φ1(m),+∞]，则授权用户处于工作状态；
[0047]
若t(xm)既没有落入[0,φ0(m)]，也没有落入[φ1(m),+∞]，则令m＝m+1，由认知用户的接收端再接收下一个信号，重复步骤3-步骤7直至判出授权用户是否工作为止。
[0048]
本发明产生的有益效果是：本发明的基于二次连续判决的序列检测方法，可以解决无线通信领域中频谱利用率和可靠性之间的矛盾，即能够在高频谱利用率的基础上提高检测性能。
附图说明
[0049]
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0050]
图1是本发明实施例的实现流程图；
[0051]
图2是本发明实施例与现有传统序列检测方法的性能比较图。
具体实施方式
[0052]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0053]
如图1所示，本发明实施例的基于二次连续判决的序列检测方法，技术要点如下：1)设置授权用户处于工作状态和不工作状态的门限值；2)接收端对接收到的信号进行采样；3)接收端对采样信号的各个分量平方相加得到检验统计量；4)计算授权用户处于工作
状态和不工作状态的判决域；5)判决检验统计量是否落入判决域的区域：若检验统计量没有落入判决域，则返回步骤2)；若检验统计量落入判决域，则判决出具体落入的判决域，判决出授权用户是否处于工作状态。本发明可用于认知无线电环境中的频谱感知。
[0054]
具体包括以下步骤：
[0055]
步骤1，定义授权用户和认知用户。
[0056]
授权用户，是指获得了频谱使用权的用户；
[0057]
认知用户，是指没有获得频谱使用权的用户。
[0058]
步骤2，设置授权用户处于工作状态的门限值和不工作状态的门限值。
[0059]
设置授权用户处于工作状态的门限值为η1；设置授权用户处于不工作状态的门限值为η0；
[0060]
步骤3，认知用户的接收端对接收到的信号进行采样。
[0061]
认知用户的接收端对接收到的信号进行不间断采样，得到采样信号： xm＝[x(t1),...,x(tk),...,x(tm)],若授权用户的工作电平为pi,i＝0,1，则xm的各个分量均服从均值为0、方差为的复高斯分布，其中x(tk)为第k个采样信号， 1≤k≤m，γ为信道增益，为噪声方差，m为采样信号点数；
[0062]
步骤4，根据接收到的信号得到检验统计量。
[0063]
对采样信号xm的各个分量取模并平方相加，得到检验统计量：
[0064]
步骤5，计算授权用户处于不工作状态的判决域rm(p0)。
[0065]
定义p(xm|p1)表示当授权用户的工作电平为p1时其采样信号xm的概率密度函数：
[0066][0067]
定义p(xm|p0)表示当授权用户不工作时其采样信号xm的概率密度函数：
[0068][0069]
1)认知用户认为授权用户的工作电平为p0，即不工作的判决准则；
[0070]
若认知用户在采样的过程中，存在一个m使得下面两式同时成立：
[0071][0072]
则认知用户认为授权用户不工作，其中pr(p1)表示授权用户处于工作状态的先验概率，pr(p0)表示授权用户处于不工作状态的先验概率；
[0073]
2)根据1)中的判决准则，计算出授权用户处于不工作状态的临界值φ0(m)；
[0074]
[0075][0076]
3)根据2)中的临界值φ0(m)计算出授权用户处于不工作状态的判决域 rm(p0)；
[0077]rm
(p0):＝[0,φ0(m)]。
[0078]
步骤6，计算授权用户处于工作状态的判决域rm(p1)。
[0079]
1)认知用户认为授权用户的工作电平为p1的判决准则；
[0080]
若认知用户在采样的过程中，存在一个m使得下面两式同时成立：
[0081][0082]
则认知用户认为授权用户处于工作状态；
[0083]
2)根据1)中的判决准则，计算出授权用户处于工作状态的临界值φ1(m)；
[0084][0085][0086]
3)根据2)中的临界值φ1(m)计算出授权用户处于工作状态的判决域 rm(p1)；
[0087]rm
(p1):＝[φ1(m),+∞]。
[0088]
步骤7，判决授权用户的工作电平。
[0089]
判决检验统计量是否落入判决域的区域：若检验统计量没有落入判决域，则返回步骤3；若检验统计量落入判决域，则判决出具体落入的判决域，判决出授权用户是否处于工作状态。
[0090]
根据检验统计量t(xm)和判决域rm(pi)的相对关系判决授权用户的工作电平：
[0091]
若t(xm)∈[0,φ0(m)]，则授权用户处于不工作状态；
[0092]
若t(xm)∈[φ1(m),+∞]，则授权用户处于工作状态；
[0093]
若t(xm)既没有落入[0,φ0(m)]，也没有落入[φ1(m),+∞]，则令m＝m+1，由认知用户的接收端再接收下一个信号，重复步骤3-步骤7直至判出授权用户是否工作为止。
[0094]
本发明的效果可以通过以下仿真进一步说明：
[0095]
1.仿真条件
[0096]
设置授权用户处于工作状态的先验概率pr(p1)为0.5，授权用户处于不工作状态的先验概率pr(p0)为0.5。信道增益λ和方差均设为1。认知用户的平均信噪比定义为且设置为0db，
[0097]
2.仿真内容
[0098]
认知用户通过仿真二次连续判决的序列检测方法和传统序列检测方法的检测概率pd随门限值η1的变化情况验证检测性能，结果如图2所示。
[0099]
由图2可见，随着门限值η1的增加，二次连续判决的序列检测方法和传统序列检测
方法的检测概率pd都在平滑上升，这是正常的，因为更大的门限值意味着更严格的检测条件。对于同一个门限值η1，可以看出二次连续判决的序列检测方法的检测概率η1优于传统序列检测方法，这与部分错误判决类型被二次连续判决的序列检测方法纠正是吻合的。
[0100]
综上，本发明可以解决频谱利用率和可靠性之间的矛盾，即能够在高频谱利用率的基础上提高检测性能。
[0101]
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。