窄带频谱感知系统的增强频谱感知方法技术方案

本发明专利技术提供一种窄带频谱感知系统的增强频谱感知方法，所述方法包括以下步骤：授权用户在待测信道发送信号；认知用户感知接收信号，并进行FFT、平方器处理，以获取频谱的能量中心值Z，再利用CA‑CFAR算法对频谱进行处理，以获取信号的能量检测门限值T，最后，根据中心值Z与门限值T进行频谱感知判决。本发明专利技术将CA‑CFAR算法融入到频谱感知的能量检测方法中，一方面解决了能量检测过程中对噪声功率的先验估计这一难题，另一方面解决了噪声不确定性对多信道感知性能的影响，在动态时变的复杂异构网络环境中，认知用户可以自适应调节各待测信道的能量检测门限值，以提高频谱感知准确度，减少感知时间。

【技术实现步骤摘要】
窄带频谱感知系统的增强频谱感知方法
本专利技术涉及通信
，具体涉及一种窄带频谱感知系统的增强频谱感知方法。
技术介绍
随着移动互联网、物联网、云计算等各类通信及处理技术的迅猛发展，海量智能化终端的不断涌现与接入，随之产生的数据流量呈现爆炸式增长，导致了对电磁频谱与带宽需求与日俱增。5G和超5G网络呈现的超密集、大连接、高异构、低时延、智能化的新特征，可供分配的频谱资源少之又少海量频谱信息快速准确获取难度大，感知成本巨大。相关技术中，一般采用能量检测法进行频谱感知。其中，能量检测需要预先评估噪声功率，而噪声功率评估较为复杂，且噪声功率实时变化，能量检测法无法适应噪声功率动态实时变化的场景；且传统的能量检测法，不需要信号的先验信息，属于盲检测范围，但还不够智能化，对于频段内是否是有用信号，还是其他非高斯模型的干扰信号无法区别；并且随着认知用户信噪比的降低，会导致检测概率(检测准确度)的急剧下降。
技术实现思路
本专利技术为解决上述技术问题，提供了一种窄带频谱感知系统的增强频谱感知方法，该方法将CA-CFAR算法融入到频谱感知的能量检测方法中，一方面解决了能量检测过程中对噪声功率的先验估计这一难题，另一方面解决了噪声不确定性对多信道感知性能的影响，在动态时变的复杂异构网络环境中，认知用户可以自适应调节各待测信道的能量检测门限值，以提高频谱感知准确度，减少感知时间。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提出了一种窄带频谱感知系统的增强频谱感知方法，所述窄带频谱感知系统包括：一个授权用户和至少一个认知用户，所述方法包括以下步骤：所述授权用户在待测信道发送信号；所述认知用户感知接收所述信号，并进行FFT(FastFourierTransform，快速傅里叶变换)处理，以获取所述信号的频谱；所述认知用户将所述频谱经过平方器处理，以获取所述频谱的能量中心值Z；所述认知用户利用CA-CFAR(CellAverage-ConstantFalseAlarmRate，单元平均恒虚警率)算法对所述频谱进行处理，以获取所述信号的能量检测门限值T；所述认知用户根据所述中心值Z与所述门限值T进行频谱感知判决。根据本专利技术的一个实施例，所述频谱感知系统基于通用软件无线电外设平台。根据本专利技术的一个实施例，所述认知用户包括两个，所述频谱感知系统包括：与上位机相连的第一通用软件无线电外设USRP1、第二通用软件无线电外设USRP2和第三通用软件无线电外设USRP3，其中，所述第一通用软件无线电外设USRP1为第一认知用户节点，所述第二通用软件无线电外设USRP2为所述第二认知用户节点，所述第三通用软件无线电外设USRP3为所述授权用户节点。根据本专利技术的一个实施例，所述认知用户利用CA-CFAR算法对所述频谱进行处理，以获取所述信号的能量检测门限值T，包括：根据目标虚警概率与参考单元数，获取归一化因子；计算所述参考单元所接收的射频功率之和；根据所述归一化因子和参考单元所接收的射频功率之和获取所述信号的能量检测门限值。根据本专利技术的一个实施例，所述认知用户根据所述中心值Z与门限值T进行频谱感知判决，包括：如果存在所述中心值大于所述门限值，则所述认知用户判断所述待测信道被授权用户占用；如果存在所述中心值小于或等于所述门限值，则所述认知用户判断所述待测信道未被授权用户占用。本专利技术的有益效果：本专利技术将CA-CFAR算法融入到频谱感知的能量检测方法中，无需预先评估噪声功率，一方面解决了能量检测过程中对噪声功率的先验估计这一难题，另一方面解决了噪声不确定性对多信道感知性能的影响，在动态时变的复杂异构网络环境中，认知用户可以自适应调节各待测信道的能量检测门限值，以提高频谱感知准确度，减少感知时间。附图说明图1是根据本专利技术一个实施例的窄带频谱感知系统的增强频谱感知方法的流程图；图2是根据本专利技术另一个实施例的窄带频谱感知系统的增强频谱感知方法的流程图；图3是根据本专利技术一个实施例的CA-CFAR算法的原理图；图4是根据本专利技术一个实施例的窄带频谱感知系统的方框示意图；图5是根据本专利技术一个具体示例的窄带频谱感知系统的界面示意图；图6a是根据本专利技术的窄带频谱感知系统进行增强频谱感知时的功率谱中间尖峰示意图；图6b是根据本专利技术的一个具体示例的增强频谱感知时的PU信号4个信道未占用的功率谱示意图；图6c是根据本专利技术的一个具体示例的增强频谱感知时的PU信号4个信道未占用的判决图；图6d是根据本专利技术的一个具体示例的增强频谱感知时的PU信号4个信道全部占用的功率谱示意图；图6e是根据本专利技术的一个具体示例的增强频谱感知时的PU信号4个信道全部占用的判决图；图6f是根据本专利技术的一个具体示例的增强频谱感知时的PU信号部分信道占用的功率谱示意图；图6g是根据本专利技术的一个具体示例的增强频谱感知时的PU信号部分信道占用判决图；图7是根据本专利技术一个具体示例的信噪比与检测概率的关系示意图；图8是根据本专利技术一个具体示例的虚警概率与检测概率的关系示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在认知无线网络中，将用户分为两类：一个是授权用户，或称主用户(PrimaryUser，PU)，一个是非授权用户，或称次用户、认知用户(SecondaryUser，SU)。授权用户享有特权，可以在授权频段任意通信。认知用户则需要在不干扰主用户正常通信的前提下，从一段频谱中发现授权用户未使用的“频谱空穴”，以此频段通信。并且当中途授权用户接入该频段时，认知用户必须立刻退出，以保证授权用户正常通信，并再次感知其他“频谱空穴”。频谱感知技术就是SU用户运用特定方法对指定授权频段进行检测，感知该频段是否有PU用户存在。并在PU用户不在时，占用该信道。同时，SU用户还在通信过程周期性感知频段，以防止PU用户突然接入。目前，频谱感知技术主要是通过对接收信号采样样本进行时域或者频域的分析，进行判决。当前，主要是运用信号检测理论中相关方法，从时域和频域这两个角度，来实现频谱感知，根据被感知对象的范围，频谱感知方法大致可以分为窄带频谱感知与宽带频谱感知。窄带频谱感知方法是目前较为成熟的方案，其操作简单，易于实践。但同时，这种感知方法也存在感知频段宽度较小，感知效率低的缺点。根据接收机的数量，窄带频谱感知分为单节点频谱感知与协作频谱感知。单节点频谱感知方法主要有能量检测法，特征值检测法，循环平稳检测法和匹配滤波器检测法。协作频谱感知方法主要有中心式频谱感知与分布式频谱感知等。单节点频谱感知中，能量检测法是目前最简单，最为成熟的方法。能量检测法的定义就是SU用户计算指定频段内接收信号采样后序列本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种窄带频谱感知系统的增强频谱感知方法，其特征在于，所述窄带频谱感知系统包括：一个授权用户和至少一个认知用户，所述方法包括以下步骤：/n所述授权用户在待测信道发送信号；/n所述认知用户感知接收所述信号，并进行FFT处理，以获取所述信号的频谱；/n所述认知用户将所述频谱经过平方器处理，以获取所述频谱的能量中心值；/n所述认知用户利用CA-CFAR算法对所述频谱进行处理，以获取所述信号的能量检测门限值；/n所述认知用户根据所述中心值与所述门限值进行频谱感知判决。/n

【技术特征摘要】
1.一种窄带频谱感知系统的增强频谱感知方法，其特征在于，所述窄带频谱感知系统包括：一个授权用户和至少一个认知用户，所述方法包括以下步骤：
所述授权用户在待测信道发送信号；
所述认知用户感知接收所述信号，并进行FFT处理，以获取所述信号的频谱；
所述认知用户将所述频谱经过平方器处理，以获取所述频谱的能量中心值；
所述认知用户利用CA-CFAR算法对所述频谱进行处理，以获取所述信号的能量检测门限值；
所述认知用户根据所述中心值与所述门限值进行频谱感知判决。


2.根据权利要求1所述的窄带频谱感知系统的增强频谱感知方法，其特征在于，所述频谱感知系统基于通用软件无线电外设平台。


3.根据权利要求2所述的窄带频谱感知系统的增强频谱感知方法，其特征在于，所述认知用户包括两个，所述频谱感知系统包括：分别与上位机相连的第一通用软件无线电外设、第二通用软件无线电外设和第三通用软件无线电外...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔翠梅，殷昌永，杨德智，裴彤，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32