利用小特征值估计噪声功率的协方差矩阵频谱感知方法技术

本发明专利技术公开了一种利用小特征值估计噪声功率的协方差矩阵频谱感知方法，其处理过程为：在当前感知时隙内，对来自多个通道的信号进行多次采样，将每次采样得到的多个样本构成样本向量；然后根据所有样本向量计算协方差矩阵；接着计算协方差矩阵的所有特征值，并按从小到大排序；之后将排序后的所有特征值对应的修正特征值的前一半作为小特征值，根据所有小特征值来估计噪声功率；再根据协方差矩阵中的所有元素的值的绝对值之和及噪声功率，计算检验统计量；最后通过比较检验统计量与判决门限的大小，判定当前感知时隙内是否存在授权用户信号；优点是其利用小特征值来估计噪声功率，估计的噪声功率与接收信号的功率不同，从而获得了较好的感知性能。

【技术实现步骤摘要】
利用小特征值估计噪声功率的协方差矩阵频谱感知方法
本专利技术涉及一种认知无线电频谱感知技术，尤其是涉及一种利用小特征值估计噪声功率的协方差矩阵频谱感知方法。
技术介绍
移动通信业务多样化的迅猛发展极大程度地丰富和便利了人们的工作和生活，但是，相应地无线设备数量和移动数据流量的需求呈爆炸式增长，这就导致了频谱资源短缺问题。近几年，频谱资源短缺问题已经逐渐显现，而且在可预见的未来会变得愈加严重。然而，这却不是因为物理频谱资源不足造成的，而是因为现有的固定频谱分配策略使很多频谱资源无法得到充分利用，极大地降低了频谱利用率。因此，提高频谱利用率成为了解决这个问题的关键。针对这个问题，Mitola博士提出了认知无线电技术。认知无线电技术是指无线设备能够与所处的通信环境进行交互并根据交互结果改变自身传输参数，从而实现以动态、自适应的方式灵活地利用潜在的空闲频谱。为了避免对授权用户产生干扰，认知无线电技术需要能够准确、快速地发现空闲频谱，实现稳健地频谱感知。因此，频谱感知成为了认知无线电的关键技术之一。目前，接收信号协方差矩阵已被广泛应用于认知无线电的频谱感知中，Zeng等人在2009年发表的《Spectrum-SensingAlgorithmsforCognitiveRadioBasedonStatisticalCovariances》(认知无线电中基于统计协方差的频谱感知方法)中提出的传统的协方差矩阵频谱感知方法被大量的应用，然而，传统的协方差矩阵频谱感知方法是使用当前感知时隙的协方差矩阵的迹来估计噪声功率的，由于当前感知时隙的协方差矩阵的迹的值等于当前感知时隙的接收信号的功率(接收信号可能只有噪声信号，也可能包含噪声信号和授权用户的信号)，因此这使得估计的噪声功率与接收信号的功率完全相同，进而会引起检验统计量的分子和分母的值具有相同的变化趋势的问题，从而会严重降低频谱感知方法的性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种利用小特征值估计噪声功率的协方差矩阵频谱感知方法，其利用小特征值来估计噪声功率，估计的噪声功率与接收信号功率不同，从而获得了较好的感知性能。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种利用小特征值估计噪声功率的协方差矩阵频谱感知方法，其特征在于该协方差矩阵频谱感知方法的处理过程为：在当前感知时隙内，对来自多个通道的信号进行多次采样，并将每次采样得到的多个样本构成一个样本向量；然后根据所有样本向量计算协方差矩阵；接着计算协方差矩阵的所有特征值，并对所有特征值按从小到大的顺序排序，对排序后的每个特征值进行修正；之后将排序后的所有特征值对应的修正特征值的前一半作为小特征值，根据所有小特征值的平均值来估计噪声功率；再根据协方差矩阵中的所有元素的值的绝对值之和及噪声功率，计算检验统计量；最后通过比较检验统计量与判决门限的大小，判定当前感知时隙内是否存在授权用户信号。该协方差矩阵频谱感知方法具体包括以下步骤：步骤一：在认知无线电系统中配置有M个通道；将当前想要采样的感知时隙定义为当前感知时隙；然后在当前感知时隙内，对来自M个通道的信号进行同时采样，共进行N次采样，每次采样得到M个样本；接着将每次采样得到的M个样本构成一个样本向量，将第n次采样得到的M个样本构成的样本向量记为x(n)，x(n)＝[x1(n),x2(n),…,xM(n)]T；其中，M≥3，N≥2M，n为正整数，1≤n≤N，符号“[]”为向量表示符号，[x1(n),x2(n),…,xM(n)]T为[x1(n),x2(n),…,xM(n)]的转置，x1(n),x2(n),…,xM(n)对应表示第n次采样得到的第1个样本、第n次采样得到的第2个样本、……、第n次采样得到的第M个样本；步骤二：根据N个样本向量，计算协方差矩阵，记为R，其中，R的维数为M×M，(x(n))H为x(n)的共轭转置；步骤三：计算R中的所有元素的值的绝对值之和，记为A；并计算R的M个特征值；然后对R的M个特征值按从小到大的顺序进行排序，将排序后的第m个特征值记为λm，λ1＜λ2＜…＜λm＜…＜λM；其中，m为正整数，1≤m≤M，λ1,λ2,…,λm,…,λM对应表示排序后的第1个特征值、排序后的第2个特征值、……、排序后的第m个特征值、……、排序后的第M个特征值；步骤四：对排序后的每个特征值进行修正，得到排序后的每个特征值对应的修正特征值，将λm对应的修正特征值记为其中，e为自然基数；步骤五：将都作为小特征值，根据所有小特征值的平均值来估计噪声功率，将噪声功率记为其中，表示λ1对应的修正特征值，表示λ2对应的修正特征值，表示排序后的第个特征值对应的修正特征值，符号为向下取整运算符号，q为正整数，表示排序后的第q个特征值λq对应的修正特征值；步骤六：根据A和计算检验统计量，记为T，步骤七：判断T是否大于判决门限d，如果T＞d，则判定当前感知时隙内存在授权用户信号；否则，判定当前感知时隙内不存在授权用户信号；其中，d满足给定的虚警概率Pf，并通过计算机仿真获得，Pf∈[0,1]。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1)本专利技术方法将协方差矩阵的所有特征值按从小到大排序后再修正，将前一半修正特征值作为小特征值，再根据所有小特征值的平均值来估计噪声功率，由于小特征值仅包含噪声信号的功率，不包含授权用户的信号的功率，因此当授权用户的信号存在时，利用小特征值仍然能够准确估计噪声功率，解决了传统的协方差矩阵频谱感知方法中的估计的噪声功率与接收信号的功率相同的问题，从而使得本专利技术方法能够获得较好的感知性能。2)本专利技术方法在计算检验统计量时利用了协方差矩阵的所有元素的值的绝对值之和，以及估计得到的噪声功率，由于估计得到的噪声功率稳定性好，因此解决了传统的协方差矩阵频谱感知方法中的检验统计量的分子和分母的值具有相同的变化趋势的问题，从而使得本专利技术方法能够获得较好的感知性能。附图说明图1为本专利技术方法的总体流程框图；图2为取M＝4、N＝100、Pf＝0.1、信噪比区间为-15分贝到0分贝时，采用本专利技术方法和传统的协方差矩阵频谱感知方法的检测概率示意图。具体实施方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。本专利技术提出的一种利用小特征值估计噪声功率的协方差矩阵频谱感知方法，其总体流程框图如图1所示，其处理过程为：在当前感知时隙内，对来自多个通道的信号进行多次采样，并将每次采样得到的多个样本构成一个样本向量；然后根据所有样本向量计算协方差矩阵；接着计算协方差矩阵的所有特征值，并对所有特征值按从小到大的顺序排序，对排序后的每个特征值进行修正；之后将排序后的所有特征值对应的修正特征值的前一半作为小特征值，根据所有小特征值的平均值来估计噪声功率；再根据协方差矩阵中的所有元素的值的绝对值之和及噪声功率，计算检验统计量；最后通过比较检验统计量与判决门限的大小，判定当前感知时隙内是否存在授权用户信号。该协方差矩阵频谱感知方法具体包括以下步骤：步骤一：在认知无线电系统中配置有M个通道；将当前想要采样的感知时隙定义为当前感知时隙；然后在当前感知时隙内，对来自M个通道的信号进行同时采样，共进行N次采样，每次采样得到M个样本；接着将每次采样得到的M个样本构成一个样本向量，将第n次采样得到的M个样本构成的样本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用小特征值估计噪声功率的协方差矩阵频谱感知方法，其特征在于该协方差矩阵频谱感知方法的处理过程为：在当前感知时隙内，对来自多个通道的信号进行多次采样，并将每次采样得到的多个样本构成一个样本向量；然后根据所有样本向量计算协方差矩阵；接着计算协方差矩阵的所有特征值，并对所有特征值按从小到大的顺序排序，对排序后的每个特征值进行修正；之后将排序后的所有特征值对应的修正特征值的前一半作为小特征值，根据所有小特征值的平均值来估计噪声功率；再根据协方差矩阵中的所有元素的值的绝对值之和及噪声功率，计算检验统计量；最后通过比较检验统计量与判决门限的大小，判定当前感知时隙内是否存在授权用户信号。

【技术特征摘要】
1.一种利用小特征值估计噪声功率的协方差矩阵频谱感知方法，其特征在于该协方差矩阵频谱感知方法的处理过程为：在当前感知时隙内，对来自多个通道的信号进行多次采样，并将每次采样得到的多个样本构成一个样本向量；然后根据所有样本向量计算协方差矩阵；接着计算协方差矩阵的所有特征值，并对所有特征值按从小到大的顺序排序，对排序后的每个特征值进行修正；之后将排序后的所有特征值对应的修正特征值的前一半作为小特征值，根据所有小特征值的平均值来估计噪声功率；再根据协方差矩阵中的所有元素的值的绝对值之和及噪声功率，计算检验统计量；最后通过比较检验统计量与判决门限的大小，判定当前感知时隙内是否存在授权用户信号。2.根据权利要求1所述的利用小特征值估计噪声功率的协方差矩阵频谱感知方法，其特征在于该协方差矩阵频谱感知方法具体包括以下步骤：步骤一：在认知无线电系统中配置有M个通道；将当前想要采样的感知时隙定义为当前感知时隙；然后在当前感知时隙内，对来自M个通道的信号进行同时采样，共进行N次采样，每次采样得到M个样本；接着将每次采样得到的M个样本构成一个样本向量，将第n次采样得到的M个样本构成的样本向量记为x(n)，x(n)＝[x1(n),x2(n),…,xM(n)]T；其中，M≥3，N≥2M，n为正整数，1≤n≤N，符号“[]”为向量表示符号，[x1(n),x2(n),…,xM(n)]T为[x1(n),x2(n),…,xM(n)]的转置...

【专利技术属性】
技术研发人员：金明，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33