基于多电平的序列检测与识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多电平的序列检测与识别方法，主要解决现有检测方法中频谱利用率和可靠性之间的矛盾。其实现步骤是：1)接收端设置所有错误判决概率的约束值；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，并计算检验统计量的判决域；4)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，则判决检验统计量具体落入的判决域，判决出授权用户的发送电平值。本发明专利技术对信号进行检测时能够在可靠性一定的情况下，最大化频谱利用率，可用于认知无线电环境中的多电平信号检测与识别。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
，特别设及一种基于多电平的序列检测与识别方 法，可用于认知无线电中的频谱感知与识别。
技术介绍
随着无线和移动通信的迅速发展，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。在运种现状下，认知无线电的概念应运而生。认知无线 电的核屯、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=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。 频谱感知的作用是尽量快而准确地检测未被授权用户占用的频段。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W及特 征值检测法等算法。但是W上检测算法都假设授权用户在发送信号时，仅使用一个固定的 功率电平值。然而，在实际信号传输过程当中，授权用户有可能工作在多个不同的功率电平 值W适应不同的通信环境，例如802. 11协议、LTE协议、LTE-A协议等都规定了此类通信机 审IJ。因此在运种通信环境下，次级用户应该有效且准确地识别授权用户的发送功率电平值， 并且在对授权用户不造成干扰的前提下，自适应地选择自身的传输功率来进行通信，W此 来提高频谱利用率。 目前已有部分检测算法考虑运种实际的信号传输过程。F.Gao,J.Li,T.Jiang,W. Chen等人在其发表的论文"Sensingandrecognitionwhenprimaryuserhasmultiple transmitpowerlevels"（IEEETrans.SignalProcess.,vol.63,no.10,pp. 2704 -2717，May. 2015.)中考虑了授权用户有多个功率电平值的情况，并基于多假设判决推出了 判决域的闭式表达式。Q.Lv,H.Qian,F.Gao,F.Hu等人在其发表的论文"Multipleantenna basedsensingandrecognitionwhenprimaryuserhasmultipletransmitpower levels"（2015IEEEInternationalConferenceonCommunic曰tions(ICC),vol. ,no. ,LO NDON.UK,pp. 7504 - 7508,化ne2015.)中考虑了授权用户有多个功率电平值的情况下，基 于特征值检测的多天线技术。上述研究均假设次用户得到固定点数的样本后即进行判决。 而运种采样方法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。
技术实现思路
本专利技术的目的在提出一种，W解决上述现有技 术存在的频谱利用率与可靠性之间的矛盾。 为实现上述目的，本专利技术的技术方案包括如下步骤： I. -种，包括： (1)定义授权用户为获得频谱使用权的用户，次级用户为识别授权用户的工作电 平且没有获得频谱使用权的用户； (2)假设授权用户的工作电平为P,，设置次级用户识别出授权用户的工作电平为 ?1的错误判决概率为？^口北;），1^￡{0，恥1声^'且口1<口14，口。=〇表示授权用户不 存在，N为授权用户存在时工作电平的种类数； (3)次级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= ，若授权用户的工作电平为Pi，则Xm的各个分量均服从均值为0、 方差为//^ +式的复高斯分布，其中x(tk)为第K个采样信号，丫为信道增益， 为噪声方差，M为采样信号点数； (4)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：[001引妨计算第i种工作电平Pi的判决域巧(巧： 5. 1)次级用户认为授权用户的工作电平为Pi的判决准则： 定义P狂JPi)表示当授权用户的工作电平为Pi时其采样信号Xm的概率密度函数； P狂MIP.，）表示当授权用户的工作电平为P，时其采样信号XM的概率密度函数；若对于任意的jG，N}，j声i，都有 则次级用户认为授权用户的工作电平为Pi,其中na，）是与Pi和P,有关的口限 值；[001引 5.。根据5. 1)中的判决准则和步骤似中设置的概率约束值，求得与P郝P,有 关的口限值[001引 5.扣根据5.1)中的判决准则和5.。中的口限值na,)，计算第i种工作电平Pi 的左口限值巫（M，i，ji)和右口限值O (M，i，jf);[002引 5. 4)根据上述左口限值O(M，i，ji)和右口限值O(M，i，jf)计算第i种工作电平 Pi的判决域馬,巧） 做根据检验统计量Tog和判决域原W巧)判决授权用户的工作电平：，则授权用户不存在；则授权用户的电平值为Pi; 若TOgG[0 (M，i，ji)，+ -)，则授权用户的电平值为Pn;[002引若TOg没有落入5. 4)中的任何一个判决区间，则令M=M+1，由次级用户的接收 端再接收下一个信号x(tMu)，重复步骤（3)-(6)直至判出授权用户的工作电平为止。 本专利技术具有W下优点： 1)本专利技术不仅可W检测出授权用户的存在与否，还能检测出授权用户的工作电 平，从而使次级用户可W选择相应的干扰口限进行工作，运样既不影响授权用户的工作，又 可W让次级用户获得较大的传输功率。 2)本专利技术由于对接收信号边采样边判决，比固定检测更为灵活，因此在达到与固 定检测相同的性能时所需的感知时间远小于固定检测的时间，因此可W解决频谱利用率和 可靠性之间的矛盾，即在可靠性一定的情况下，最大化频谱利用率。【附图说明】 图1是本专利技术的实现流程图；图2是本专利技术与现有固定点数的多电平检测与识别方法的性能比较图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术进行详细说明。 随着无线通信技术的不断发展，频谱资源的使用日趋频繁，无线频谱的紧缺限制 无线通信的持续发展，认知无线电通过对授权频谱进行"二次利用"的方式可W有效解决频 谱资源缺乏的问题，成为了近年来无线通信领域的一个研究热点。 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，为了使出现误判的几率减小，即保护授权用户的正常通信，感知所需的 时间一般较长，降低了频谱利用率。本专利技术正是解决多电平检测与识别中的可靠性和高频 谱利用率无法同时满足的问题。参照图1，本专利技术的实现步骤如下： 步骤1，定义授权用户和次级用户。 授权用户，是指获得了频谱使用权的用户； 次级用户，是指识别授权用户工作电平且自己没有获得频谱使用权的用户。 步骤2,设置次级用户的错误判决概率。 假设授权用户的工作电平为P，，设置次级用户识别出授权用户的工作电平为Pi的 错误判决概率为Pr化IPj)，i，jG{0,N}，i声j且Pi<PW，授权用户不存在的情况用P。= O表示，N为授权用户存在时工作电平的种类数。[0043当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多电平的序列检测与识别方法，包括：(1)定义授权用户为获得频谱使用权的用户，次级用户为识别授权用户的工作电平且没有获得频谱使用权的用户；(2)假设授权用户的工作电平为Pj，设置次级用户识别出授权用户的工作电平为Pi的错误判决概率为Pr(Pi|Pj)，i,j∈{0,N},i≠j且Pi＜Pi+1，P0＝0表示授权用户不存在，N为授权用户存在时工作电平的种类数；(3)次级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，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；(4)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：T(XM)=Σk=1M|x(tk)|2,tk∈{t1,t2,...,tM};]]>(5)计算第i种工作电平Pi的判决域5.1)次级用户认为授权用户的工作电平为Pi的判决准则为：定义p(XM|Pi)表示当授权用户的工作电平为Pi时其采样信号XM的概率密度函数；p(XM|Pj)表示当授权用户的工作电平为Pj时其采样信号XM的概率密度函数；若对于任意的j∈{0,...,N},j≠i，都有p(XM|Pi)p(XM|Pj)≥η(ij),]]>则次级用户认为授权用户的工作电平为Pi，其中η(ij)是与Pi和Pj有关的门限值；5.2)根据5.1)中的判决准则和步骤(2)中设置的概率约束值，求得与Pi和Pj有关的门限值η(ij)=1-Σk=0,k≠iNPr(Pk|Pi)Pr(Pi|Pj);]]>5.3)根据5.1)中的判决准则和5.2)中的门限值η(ij)，计算第i种工作电平Pi的左门限值Φ(M,i,jl)和右门限值Φ(M,i,jr)；Φ(M,i,jl)=maxj∈{0,...,i-1}(γPi+σn2)(γPj+σn2)γ(Pi-Pj)log[(γPi+σn2)(γPj+σn2)γ(Pi-Pj)log[η(ij)(γPi+σn2γPj+σn2)M]]]>Φ(M,i,jr)=maxj∈{i+1,...,N}(γPi+σn2)(γPj+σn2)γ(Pi-Pj)log[(γPi+σn2)(γPj+σn2)γ(Pi-Pj)log[η(ij)(γPi+σn2γPj+σn2)M];]]>5.4)根据上述左门限值Φ(M,i,jl)和右门限值Φ(M,i,jr)计算第i种工作电平Pi的判决域(6)根据检验统计量T(XM)和判决域判决授权用户的工作电平：若T(XM)∈[0,Φ(M,0,jr)]，则授权用户不存在；若T(XM)∈[Φ(M,i,jl),Φ(M,i,jr)]则授权用户的电平值为Pi；若T(XM)∈[Φ(M,i,jl),+∞)，则授权用户的电平值为PN；若T(XM)没有落入5.4)中的任何一个判决区间，则令M＝M+1，由次级用户的接收端再接收下一个信号x(tM+1)，重复步骤(3)‑(6)直至判出授权用户的工作电平为止。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程水军，高飞飞，李赞，司江勃，王丹洋，关磊，刘向丽，梁琳琳，黄海燕，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61