一种用于宽带频谱感知的噪声功率估计方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于宽带频谱感知的噪声功率估计方法和装置。该方法包括：计算宽带频段内的信号的功率谱；估计功率谱的概率密度函数；确定概率密度函数的局部极大值点；根据局部极大值点估计噪声功率。鉴于现有技术的宽带频谱感知中，对于宽频段内的各个频点是否存在信号是不具备先验信息的，无法准确进行噪声功率估计，本发明专利技术首先计算宽带频段内的信号的功率谱，并统计信号功率谱的概率密度函数，将概率密度函数的局部极大值点作为噪声功率。可见，采用本发明专利技术的方案，在宽带频段内的频点的信号未被占满且缺乏先验信息的情况下，仍可以准确估计噪声功率，为宽带频谱感知的门限设定提供依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信
，特别涉及一种用于宽带频谱感知的噪声功率估计方法和装置。
技术介绍
在通信
中，固定频谱分配政策导致频谱利用率低下。为了提高频谱利用率，人们提出采用认知无线电技术动态使用频谱空穴，认知无线电技术的一项关键技术是宽带频谱感知，主要用于寻找当前频段内未被授权用户占用的频谱空穴，以提高频谱的利用率。在宽带频谱感知的方法中，能量检测是一种简单实用的方法。但是要完成能量检测，需要事先估计宽带频段内的噪声功率，根据估计的噪声功率选择合适的门限，并对宽频段内的信号进行判决。然而，在现有技术的宽带频谱感知中，对于宽频段内的各个频点是否存在信号是不具备先验信息的，所以准确进行噪声功率估计就成了一个难点。
技术实现思路
鉴于现有技术中在宽频段内的各个频点是否存在信号不具备先验信息情况下，无法准确进行噪声功率估计的问题，提出了本专利技术的一种用于宽带频谱感知的噪声功率估计方法和装置，以便解决或至少部分地解决上述问题。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于宽带频谱感知的噪声功率估计方法，所述方法包括：计算宽带频段内的信号的功率谱；估计所述功率谱的概率密度函数；确定所述概率密度函数的局部极大值点；根据所述局部极大值点估计噪声功率。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种噪声功率估计装置，所述噪声功率估计装置包括：功率谱计算模块，用于计算宽带频段内的信号的功率谱；概率密度函数估计模块，用于估计所述功率谱的概率密度函数；局部极大值点确定模块，用于确定所述概率密度函数的局部极大值点；噪声功率估计模块，用于根据所述局部极大值点估计噪声功率。综上所述，本专利技术首先计算宽带频段内的信号的功率谱，并统计信号功率谱的概率密度函数，将概率密度函数的局部极大值点作为噪声功率。可见，采用本专利技术的方案，在宽带频段内的频点的信号未被占满且缺乏先验信息的情况下，仍可以准确估计噪声功率，为宽带频谱感知的门限设定提供依据。附图说明图1为本专利技术一个实施例提供的一种用于宽带频谱感知的噪声功率估计方法的流程图；图2为本专利技术一个实施例提供的仿真信号的功率谱；图3为本专利技术一个实施例提供的仿真信号功率谱的统计直方图；图4为本专利技术一个实施例提供的一种用于宽带频谱感知的噪声功率估计装置示意图。具体实施方式本专利技术的设计思路是：鉴于宽带频谱感知现有技术中，在对宽频段内的各个频点是否存在信号不具备先验信息的情况下，无法准确进行噪声功率估计的问题，本专利技术首先计算宽带频段内的信号的功率谱，并统计信号功率谱的概率密度函数，将概率密度函数的局部极大值点作为噪声功率，从而在宽带频段内的频点的信号未被占满且缺乏先验知识的情况下，仍可以准确估计噪声功率。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。图1为本专利技术一个实施例提供的一种用于宽带频谱感知的噪声功率估计方法的流程图。如图1所示，该方法包括：步骤S110，计算宽带频段内的信号的功率谱，其中宽频段内的频点信号没有先验知识，无法获知各个频点是否存在信号，需对宽频段内的所有信号进行功率谱的估计，本步骤中的功率谱的估计方法可以采用周期图法或抽头谱估计法。步骤S120，估计功率谱的概率密度函数，可通过计算信号功率谱的统计直方图，作为其概率密度函数的估计。步骤S130，确定概率密度函数的局部极大值点。步骤S140，根据局部极大值点估计噪声功率。周期图法适用于长信号序列的情况，在有足够的序列长度时，可以得到较好的功率谱估值。在本专利技术的一个实施例中，以周期图法为例，具体说明计算宽带频段内的信号的功率谱的方法：对宽带频段内的信号x(n)，n＝0,1,...,N-1，依顺序均匀分段，N/L为分段数，每段包含L个数据，段与段之间不重叠。根据周期图法计算信号x(n)的功率谱为：其中k＝0,1,2,...,L-1，表示不超过N/L的最大整数，j为虚数单位进一步地，估计功率谱的概率密度函数包括：计算信号x(n)的功率谱的最大值和最小值计算其中表示不超过的最大整数。在本步骤中，为了进行计算信号功率谱的统计直方图，将功率谱的最大值和最小值之间的数值区域均匀划分为段区间，每段区间的长度为以统计功率谱落入每段区间的个数。具体的统计方法为，令功率谱的概率密度函数h(t)初始值h(t)＝0，对于k＝0,1,2,...,L-1，分别判断是否满足若判断为是，则令功率谱的概率密度函数h(t)＝h(t)+1。统计区间包含功率谱的最大值和最小值之间的所有数值，对每个功率谱均可找到落入的区间，在判断当前的功率谱的时候，需遍历所有的区间，直到找到当前的功率谱所在的区间为止，然后将对应区间的概率密度函数加1，则概率密度函数就代表了每段区间包含的信号功率谱的个数。再进一步地，确定概率密度函数的局部极大值点包括：令当m＝0时，判断h(0)是否大于h(1)，若判断为是，则进一步判断h(0)是否大于预设门限值，若判断为是，则将存入局部极大值点的集合，其中预设门限值大于0。当时，判断h(m)是否大于h(m-1)，以及判断h(m)是否大于h(m+1)，若均判断为是，则进一步判断h(m)是否大于预设门限值，若判断为是，则将存入局部极大值点的集合。时，判断是否大于若判断为是，则进一步判断是否大于预设门限值，若判断为是，则将存入局部极大值点的集合，其中预设门限值大于0。在确定概率密度函数的局部极大值点的步骤中，判断每一点的值与其左右各点的值的大小，以及与预设门限值的大小，在当前点的值既大于左右各点的值，又大于预设门限值的情况下，才认为是局部极大值点。因为每个点代表的是功率谱落入功率谱的最大值和最小值之间的数值区域划分的每段区间的个数，所以最终将局部极大值点对应的区间的中心值计入局部极大值点的集合。上述确定概率密度函数的局部极大值点的步骤中，最终的到的局部极大值点的集合中的数值有可能为一个，有可能为多个。当只有一个极大值点的时候，将该局部极大值点作为噪声功率的估计值；当有多个局部极大值点的时候，可能包括频点信号的极大值点，以及噪声的极大值点，但是相比较信号来说，噪声较弱，那么在这种情况下，选择局部极大值点中最小的作为噪声功率的估计值。又进一步地，图1所示的方法中根据局部极大值点估计噪声功率包括：判断局部极大值点的集合中的数据个数；当只存在一个局部极大值点时，将该局部极大值点作为噪声功率的估计值；当存在多个所局部极大值点时，进一步比较多个局部极大值点的大小，将最小的局部极大值点作为噪声功率的估计值。在一个具体的例子中，仿真了一段长度为N＝32768的信号x(n)，其中包含多个电平不同的窄带信号，根据周期图法功率谱估计时取L＝4096，仿真的噪声功率为-80dBm。图2为本专利技术一个实施例提供的仿真信号的功率谱。如图2所示，因为实信号功率谱的对称性，图2中只画出了k＝0,1,...,2047的部分。图3为本专利技术一个实施例提供的仿真信号功率谱的统计直方图。如图3所示，其纵坐标转换成了频次占比，即h(m)/L，设定门限值为0.1，从图3所示的统计直方图可以得到一个局部极大值点为-79.8575dBm，与仿真的噪声功率-80dBm非常接近，说明了本专利技术所提方法的有效性。图4为本专利技术一个实施例提供的一种用于宽带频谱感知的噪声功率估计方法装置示意图。如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于宽带频谱感知的噪声功率估计方法，其特征在于，所述方法包括：计算宽带频段内的信号的功率谱；估计所述功率谱的概率密度函数；确定所述概率密度函数的局部极大值点；根据所述局部极大值点估计噪声功率。

【技术特征摘要】
1.一种用于宽带频谱感知的噪声功率估计方法，其特征在于，所述方法包括：计算宽带频段内的信号的功率谱；估计所述功率谱的概率密度函数；确定所述概率密度函数的局部极大值点；根据所述局部极大值点估计噪声功率。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算宽带频段内的信号的功率谱包括：对信号x(n)，n＝0,1,...,N-1，依顺序均匀分段，N/L为分段数，每段包含L个数据，段与段之间不重叠；根据周期图法计算信号x(n)的功率谱为：其中k＝0,1,2,...,L-1，表示不超过N/L的最大整数，j为虚数单位3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述估计所述功率谱的概率密度函数包括：计算信号x(n)的功率谱的最大值和最小值计算其中表示不超过的最大整数；令功率谱的概率密度函数h(t)初始值h(t)＝0，对于k＝0,1,2,...,L-1，分别判断是否满足若判断为是，则令功率谱的概率密度函数h(t)＝h(t)+1。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定所述概率密度函数的局部极大值点包括：令当m＝0时，判断h(0)是否大于h(1)，若判断为是，则进一步判断h(0)是否大于预设门限值，若判断为是，则将存入局部极大值点的集合，其中预设门限值大于0；当时，判断h(m)是否大于h(m-1)，以及判断h(m)是否大于h(m+1)，若均判断为是，则进一步判断h(m)是否大于预设门限值，若判断为是，则将存入局部极大值点的集合；时，判断是否大于若判断为是，则进一步判断是否大于预设门限值，若判断为是，则将存入局部极大值点的集合，其中预设门限值大于0。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述局部极大值点估计噪声功率包括：判断所述局部极大值点的集合中的数据个数；当只存在一个局部极大值点时，将该局部极大值点作为噪声功率的估计值；当存在多个所局部极大值点时，进一步比较所述多个局部极大值点的大小，将最小的局部极大值点作为噪声功率的估计值。6.一种用于宽带频谱感知的噪声...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑仕链，杨小牛，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十六研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33