一种基于极化距离的全双工授权用户信号提取方法技术

本发明专利技术公开一种基于极化距离的全双工授权用户信号提取方法，认知用户对全双工授权用户的授权信号进行采样，记录各授权信号及其采样时刻，选取并计算任意两个采样时刻对应的授权采样信号之间的极化距离，并将其与预设的判定门限值进行比较，然后按规则放入放入三个不同的集合中，最后选取包含元素较少的两个集合视为来自单个授权用户，从而也就获得了来自单个授权用户的采样信号。该方法以极化距离作为度量计算授权用户采样信号的差异，能准确提取混合采样信号中的单授权用户信号，并可基于提到的信号将认知用户发送极化状态设计成两个授权用户采样信号零空间之内的向量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于极化距离的全双工授权用户信号提取方法
本专利技术属于通信
，具体涉及一种基于采样信号的极化极化距离而设计的全双工授权用户信号检测与分析方法。
技术介绍
在认知无线电网络中，现有的授权信号检测与分析方法主要针对时分双工和频分双工的授权用户而设计，这些检测和分析方法通过采样授权信号，可以得到每个授权用户信号在时域、频域以及空域的特征。基于上述特征，认知用户可以在授权用户信号的正交空间内通信，从而避免对授权用户造成干扰，进而达到频率复用的目的。然而，现有的方法都只适用于授权用户为以下情形的认知通信系统，即授权用户采用时分双工或者频分双工技术。在5G通信获得广泛研究的背景下，未来的授权用户很可能采用全双工技术。由于每个全双工授权用户都可以同时发送和接收，相互通信的两个授权用户就可以同时发送数据。那么在某个采样时间点上，认知用户采样的授权信号就可能是来自两个授权用户的信号。所以，在特定的时间和频率上，认知用户采样到的信号是来自于多个授权用户的混合信号。然而，传统的检测和分析方法都是针对半双工授权用户的，即在每个采样时刻上认知用户采样到的授权信号只是来自单个授权用户的信号，认知用户发送矢量也是只与单个授权用户的采样信号相正交(可避免干扰)的，当采样信号不再是来自单个授权用户时，按照传统方法设计的认知发送矢量不会与单个授权用户的采样信号相正交。因此，用传统检测和分析方法设计认知通信会对授权用户造成较强的干扰。公开号为CN107493147A的专利技术专利申请公开了一种面向全双工授权用户的极化相似度认知信号学习方法，基于信号的极化特性，以极化相似度作为度量计算授权用户采样信号的差异，区分来自每个授权用户的信号:将认知用户发送极化状态设计为己处理采样信号的零空间向量，从而保护了授权用户，该方法可以准确地提取混合采样信号中的单授权用户信号，进而设计认知发送极化，实现授权用户和认知用户的同时同频通信而提升频谱效率，但该方法复杂度较高且存在信号提取差错率较高的缺陷。
技术实现思路
为了克服现有技术方案中基于极化相似度的授权信号提取方法的复杂度较高且信号提取差错率较高的问题，本专利技术提出一种基于极化距离的授权信号分析和提取方法，以极化距离作为度量计算授权用户采样信号的差异，准确提取混合采样信号中的单授权用户信号。本专利技术的技术方案是：一种基于极化距离的全双工授权用户信号提取方法，包括以下步骤：步骤1，在采样周期内，认知用户对全双工授权用户的授权信号进行采样，记录各授权信号及其采样时刻；步骤2，选取任意两个采样时刻对应的授权采样信号，计算这两个授权采样信号之间的极化距离，并将所述极化距离与预设的判定门限值进行比较：当首次出现极化距离小于判定门限值时，将该极化距离对应的两个授权采样信号的采样时刻放入集合S1中；当再次出现极化距离小于判定门限值且集合S2为空时，检查该极化距离对应的两个授权采样信号的采样时刻是否在集合S1中：若其中一个采样时刻在集合S1中或者两个采样时刻都在集合S1中，则将这两个授权采样信号的采样时刻均放入集合S1中，否则放入集合S2中；当再次出现极化距离小于判定门限值且集合S1和S2非空时，检查该极化距离对应的两个授权采样信号的采样时刻是否在集合S1或S2中：若有一个或两个采样时刻在集合S1中，则将这两个授权采样信号的采样时刻均放入集合S1中；若其中一个或两个采样时刻在集合S2中，则将这两个授权采样信号的采样时刻均放入集合S2中；若均不在集合S1或S2中时，将两个授权采样信号的采样时刻放入集合S3中；重复上述过程，直到采样周期内所有采样时刻对应的授权采样信号两两之间的极化距离计算并比较完毕；步骤3，在集合S1、S2和S3中选取包含元素较少的两个集合分别视为第一集合和第二集合，第一集合所包含的采样时刻对应的授权采样信号来自第一授权用户，第二集合所包含的采样时刻对应的授权采样信号来自第二授权用户；分别提取第一集合和第二集合中包含的采样时刻对应的授权采样信号。优选的，所述步骤2中，对任意两个采样时刻n和m上的采样信号y(m)和y(n)计算极化距离，计算公式如下：式中，1≤n≤N,1≤m≤N,N表示采样时刻的数量。优选的，所述步骤2中，所述预设的判定门限是对所有授权采样信号两两之间的极化距离的平均值，计算公式为：式中，N为表示采样时刻的数量，Dm,n表示任意两个采样时刻的采样信号两两之间的极化距离。优选的，所述步骤1中，所述采样结果包括仅第一授权用户存在、仅第二授权用户存在、两个授权用户都存在以及没有授权用户存在四种情况，分别表示为：式中，y(i)表示在采样时刻i上认知用户实际采样到的信号，s1(i)表示在采样时刻i上来自第一授权用户的信号，s2(i)表示在采样时刻i上来自第二授权用户的信号，σ(i)表示在采样时刻i上认知用户端的噪声；所述步骤2中，对任意两个采样时刻n和m上的采样信号y(m)和y(n)计算极化距离，计算公式如下：式中，1≤n≤N,1≤m≤N,N表示采样时刻的数量；将式(1)代入式(3)，得到认知用户在n和m时刻的采样信号为：式(4)中的六种表达式分别对应于以下六种物理意义：认知用户在n和m时刻的采样信号都是来自第一授权用户的信号(s1(n)和s1(m))；认知用户在n和m时刻的采样信号都是来自第二授权用户的信号(s2(n)和s2(m))；认知用户在n和m时刻的采样信号都是同时来自第一授权用户和第二授权用户的混合信号(s1(n)+s2(n)和s1(m)+s2(m))；认知用户在n和m时刻的采样信号分别是单独来自第一授权用户和单独来自第二授权用户的单用户信号(s1(n)和s2(m))，或者(s2(n)和s1(m))；认知用户在n时刻的采样信号是来自第一授权用户和第二授权用户的混合信号(s1(n)+s2(n))，而在m时刻的采样信号是单独来自第一授权用户的单用户信号s1(m)；或者，在n时刻是单独来自第一授权用户的单用户信号s1(n)，而在m时刻是同时来自两个授权用户的混合信号和(s1(m)+s2(m))；认知用户在n时刻的采样信号是来自第一授权用户和第二授权用户的混合信号(s1(n)+s2(n))，而在m时刻的采样信号是单独来自第二授权用户的单用户信号s2(m)；或者，在n时刻是单独来自第二授权用户的单用户信号s2(n)，而在m时刻是同时来自两个授权用户的混合信号和(s1(m)+s2(m))。优选的，所述步骤1中，还包括对采样到的授权信号进行降噪处理。具体可采用基于采样信号矩阵奇异值分解法对采样到的授权信号进行降噪处理。本方法还可基于提取的单授权信号进一步设计认知发送极化矢量，实现授权用户和认知用户的同时同频通信而提升频谱效率。优选的，还包括步骤4，将认知用户发送极化状态设计成与第一授权用户和第二授权用户的授权采样信号零空间之内的向量。本专利技术可适用于面向全双工授权用户的认知无线电通信领域，具有以下有益效果：(1)基于信号的极化特性，以极化距离为判决变量，可以准确地提取全双工混合信号中每个授权用户的信号空间。(2)相比以极化相似度作为度量的方法，这种以极化距离作为度量的实现方法更简单，提取差错率更低。(3)可基于提取的单个授权用户信号将认知用户发送极化状态设计在授权用户信号空间的正交空间内，从而避免本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于极化距离的全双工授权用户信号提取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在采样周期内，认知用户对全双工授权用户的授权信号进行采样，记录各授权信号及其采样时刻；步骤2，选取任意两个采样时刻对应的授权采样信号，计算这两个授权采样信号之间的极化距离，并将所述极化距离与预设的判定门限值进行比较：当首次出现极化距离小于判定门限值时，将该极化距离对应的两个授权采样信号的采样时刻放入集合S1中；当再次出现极化距离小于判定门限值且集合S2为空时，检查该极化距离对应的两个授权采样信号的采样时刻是否在集合S1中：若其中一个采样时刻在集合S1中或者两个采样时刻都在集合S1中，则将这两个授权采样信号的采样时刻均放入集合S1中，否则放入集合S2中；当再次出现极化距离小于判定门限值且集合S1和S2非空时，检查该极化距离对应的两个授权采样信号的采样时刻是否在集合S1或S2中：若有一个或两个采样时刻在集合S1中，则将这两个授权采样信号的采样时刻均放入集合S1中；若其中一个或两个采样时刻在集合S2中，则将这两个授权采样信号的采样时刻均放入集合S2中；若均不在集合S1或S2中时，将两个授权采样信号的采样时刻放入集合S3中；重复上述过程，直到采样周期内所有采样时刻对应的授权采样信号两两之间的极化距离计算并比较完毕；步骤3，在集合S1、S2和S3中选取包含元素较少的两个集合分别视为第一集合和第二集合，第一集合所包含的采样时刻对应的授权采样信号来自第一授权用户，第二集合所包含的采样时刻对应的授权采样信号来自第二授权用户；分别提取第一集合和第二集合中包含的采样时刻对应的授权采样信号。...

【技术特征摘要】
1.一种基于极化距离的全双工授权用户信号提取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在采样周期内，认知用户对全双工授权用户的授权信号进行采样，记录各授权信号及其采样时刻；步骤2，选取任意两个采样时刻对应的授权采样信号，计算这两个授权采样信号之间的极化距离，并将所述极化距离与预设的判定门限值进行比较：当首次出现极化距离小于判定门限值时，将该极化距离对应的两个授权采样信号的采样时刻放入集合S1中；当再次出现极化距离小于判定门限值且集合S2为空时，检查该极化距离对应的两个授权采样信号的采样时刻是否在集合S1中：若其中一个采样时刻在集合S1中或者两个采样时刻都在集合S1中，则将这两个授权采样信号的采样时刻均放入集合S1中，否则放入集合S2中；当再次出现极化距离小于判定门限值且集合S1和S2非空时，检查该极化距离对应的两个授权采样信号的采样时刻是否在集合S1或S2中：若有一个或两个采样时刻在集合S1中，则将这两个授权采样信号的采样时刻均放入集合S1中；若其中一个或两个采样时刻在集合S2中，则将这两个授权采样信号的采样时刻均放入集合S2中；若均不在集合S1或S2中时，将两个授权采样信号的采样时刻放入集合S3中；重复上述过程，直到采样周期内所有采样时刻对应的授权采样信号两两之间的极化距离计算并比较完毕；步骤3，在集合S1、S2和S3中选取包含元素较少的两个集合分别视为第一集合和第二集合，第一集合所包含的采样时刻对应的授权采样信号来自第一授权用户，第二集合所包含的采样时刻对应的授权采样信号来自第二授权用户；分别提取第一集合和第二集合中包含的采样时刻对应的授权采样信号。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，对任意两个采样时刻n和m上的采样信号y(m)和y(n)计算极化距离，计算公式如下：式中，1≤n≤N,1≤m≤N,N表示采样时刻的数量。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，所述预设的判定门限是对所有授权采样信号两两之间的极化距离的平均值，计算公式为：式中，N为表示采样时刻的数量，Dm,n表示任意两个采样时刻的采样信号两两之间的极化距离。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，所述采样结果包括仅第一授权用户存在、仅第二授权用户存在、两个授权用户都存在以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：厉东明，张登银，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32