一种面向协作频谱感知的正交窄带波形设计方法技术

一种面向协作频谱感知的正交窄带波形设计方法，本发明专利技术涉及面向协作频谱感知的正交窄带波形设计方法。本发明专利技术的目的是为了解决现有波形设计方法对旁瓣没有限制，功率利用率低和波形正交性差的问题。通过以下技术方案实现：步骤一、选取chirp基信号x(t)；步骤二、利用x(t)进行平移叠加，分别由两个不同的，长度为27的叠加系数集合h1(l)和h2(l)产生s1(t)和s2(t)；步骤三、定义功率谱约束函数，将s1(t)的设计问题转为数学优化问题，利用CVX工具包求解最佳叠加系数集合得到步骤四：定义正交信号互相关门限值，将s2(t)的设计问题转为数学优化问题，利用CVX工具包求解最佳叠加系数集合得到本发明专利技术应用于频谱感知领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及面向协作频谱感知的正交窄带波形设计方法。
技术介绍
为了满足人们对通信速率日益增长的需求，无线频谱资源被不断地划分授权给不 同的无线通信系统使用。随着网络的宽带化、业务的多样化，现有的固定频谱管理模式使得 无线资源日益匮乏。考虑到频谱资源的划分已经日趋饱和，认知无线电技术作为一种可以 灵活使用空闲频谱资源的技术被提出在认知无线电系统中，根据职能的不同，分为认知用 户和授权用户，只有当认知用户检测到授权用户不使用其所分配的频谱资源时认知用户才 可以接入频谱进行通信，一旦检测到授权用户的存在，认知用户应该立即终止通信，退出使 用的频段，以避免对授权用户的干扰。通过准确的频谱感知，可以对有限的频谱资源进行再 利用，提高系统的频谱利用率。由于单点频谱感知很难提供较高的检测概率，因此现有的频 谱感知主要以协作频谱感知为主。目前多用户协作频谱感知主要是通过融合中心来收集多 个认知用户单独感知授权用户的结果，进而通过"或"或者"与"的融合准则对结果进行融 合得到最终的感知结果。如果授权用户在认知用户收集上报信息后出现，则会造成融合中 心做出错误的判决，从而导致认知用户对授权用户的干扰；此外融合中心需要收集多个认 知用户的信息来进行判决，这大大增加了频谱感知的复杂程度，而且也会带来较大的频谱 感知时延。 针对传统基于融合中心的协作频谱感知方法存在的上述问题，研究人员提出了一 种基于放大转发中继的协作频谱感知方法，分别为授权用户和认知用户分配正弦信号和 chirp信号，利用chirp信号在分数傅里叶变换（Fractional Fourier Transform, FrFT)域 的能量聚集特性，可以有效地提高接收端的检测概率及频谱利用率，并可以避免基于融合 中心的协作频谱感知方法中授权用户突然出现引发的干扰。在此模型中，对认知用户而言， 由于其所占用的是同一个授权用户的频段，因此不同认知用户所采用的波形应该具有相同 的中心频率和频域带宽，由于在此模型中有两个认知用户，所以需要设计两个正交或近似 正交的波形以保证两个波形在接收端的可分离特性。此外，为了在给定频谱要求的前提下， 尽可能提高认知用户的发射功率，从而提高整个认知用户传输的速率，需要提高所设计波 形在该认知频段的功率利用率。然后在现有的波形设计方法中，对于功率利用率低，旁边没 有限制以及波形正交性差等问题未能全面解决，因此，为了得到具有较高功率利用率和对 旁瓣加以限制下的同频正交可分离，且能够直接应用到上述协作频谱感知模型中的认知用 户波形，本专利技术提出了一种基于chirp信号叠加的正交窄带波形设计方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有波形设计方法对旁瓣没有限制，功率利用率低和波 形正交性差的问题，而提出了。 上述的专利技术目的是通过以下技术方案实现的： 步骤一、选取chirp基信号x(t); 步骤二、利用x(t)进行平移叠加，分别由两个不同的，长度为27的叠加系数集合 1^(1)和h2(l)产生合成波开多sjt)和s2(t); 步骤三、定义功率谱约束函数c(f)，将合成波形Sl(t)的设计问题转为数学优化问 题，利用CVX工具包求解最佳叠加系数集合/<(/)，得到最佳合成波形< Gh 步骤四：定义正交信号互相关门限值ε，将合成波形s2(t)的设计问题转为数学 优化问题，利用CVX工具包求解最佳叠加系数集合￡(/)，得到最佳合成波形??) B 专利技术效果 采用本专利技术的，本专利技术利用 chirp信号在分数傅里叶变换域的能量聚集特性，基于chirp信号的线性叠加方法，利用 CVX工具包设计出了满足给定的功率谱规范以降低对相邻频段用户的干扰、具有较高的功 率利用率，以提高接收端的信噪比、具有较好的互相关特性、在分数域具有较好的可分离特 性等要求的两个合成波形，具有较高的波形正交性，满足功率谱约束函数C (f)条件下求出 的波形即是旁瓣加以限制。 根据图3和图4可知，本专利技术设计的两个波形在很好地满足功率谱密度限制的同 时取得较高的功率利用率，分别为64. 8%和60. 1 %，从而有效地保证信号接收端的信噪比 得到提高。而且其互相关值为0.0177,小于给定的门限。从图5可以看到，本专利技术所设计的 两个合成波形在频域的带宽和中心频率基本一致，可以满足认知无线电频谱感知的要求。 由图6可知，合成波形1可以通过在分数傅里叶变换域的窄带滤波进行滤除，滤出后的合成 波形1同实际的合成波形1的最小均方误差为〇. 0007。因此，在分数域的窄带滤波可以很 好地实现对认知用户1信号的分离。因此，两个合成波形均可以通过不同阶数的分数傅里 叶变换域滤波进行滤除。【附图说明】 图1为本专利技术流程图； 图2是实施例提出的正交波形NESP随L的变化图，NESP为归一化有效信号功率， L为叠加波形的信号总数； 图3是实施例提出的合成波形1功率谱密度图； 图4是实施例提出的合成波形2功率谱密度图； 图5是实施例提出的波形1和波形2的频谱图； 图6是实施例提出的波形1和波形2的分数域图。【具体实施方式】【具体实施方式】 一：结合图1说明本实施方式，一种面向协作频谱感知的正交窄带 波形设计方法，其特征在于，具体是按以 下步骤进行的： 步骤一、选取chirp基信号x(t); 步骤二、利用x(t)进行平移叠加，分别由两个不同的，长度为27的叠加系数集合 1^(1)和h2(l)产生合成波开多sjt)和s2(t); 步骤三、定义功率谱约束函数C(f)，将合成波形Sl(t)的设计问题转为数学优化问 题，利用CVX工具包求解最佳叠加系数集合<(/)，得到最佳合成波形.<(/); 步骤四：定义正交信号互相关门限值ε，将合成波形s2(t)的设计问题转为数学 优化问题，利用CVX工具包求解最佳叠加系数集合<(/)，得到最佳合成波形< (?)。【具体实施方式】 二、本实施方式与一不同的是，所述步骤一中选取 chirp基信号x(t);具体过程为： chirp基信号表示为： 其中，A为chirp基信号的幅度，f。为chirp基信号的中心频率，k为调频率，T为 信号的持续时间，e为自然对数，j为虚数单位，t为时间。 根据分数傅里叶变换，chirp基信号X (t)的分数傅里叶变换表示为 其中：为分数傅里叶变换的核函数，其 中α为旋转角度，α辛kJT，U为分数域自变量； 根据chirp基信号x(t)的分数傅里叶变换与时频分布关系可知，当旋转角度α =-arccot(2 π k)时，chirp基信号x(t)在旋转角度a = -arccot(2 π k)分数域上呈现 能量聚集特性，即呈现为冲激函数的特性，此时chirp基信号的分数域形式为： 其它步骤及参数与【具体实施方式】一相同。【具体实施方式】 三、本实施方式与一或二不同的是，所述步骤二中利 用x(t)进行平移叠加，分别由两个不同的，长度为27的叠加系数集合匕（1)和1!2(1)产生 合成波形Sl(t)和s2(t);具体过程为： 加权平移叠加后的合成波形Sl (t)和s2(t)可分别表示为： 其中，x(t)为chirp基函数为合成波形Sl(t)中叠加波形的第1个叠加系 数，-13彡1彡13 ;h2⑴为合成波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向协作频谱感知的正交窄带波形设计方法，其特征在于，一种面向协作频谱感知的正交窄带波形设计方法具体是按以下步骤进行的：步骤一、选取chirp基信号x(t)；步骤二、利用x(t)进行平移叠加，分别由两个不同的，长度为27的叠加系数集合h1(l)和h2(l)产生合成波形s1(t)和s2(t)；步骤三、定义功率谱约束函数C(f)，将合成波形s1(t)的设计问题转为数学优化问题，利用CVX工具包求解最佳叠加系数集合得到最佳合成波形步骤四：定义正交信号互相关门限值ε，将合成波形s2(t)的设计问题转为数学优化问题，利用CVX工具包求解最佳叠加系数集合得到最佳合成波形

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宣利，韩杏玲，吴玮，李欣悦，付楠楠，马哲明，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23