本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種超窄帶無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)超窄帶信號(hào)檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

超窄帶是近年來(lái)國(guó)際上正在興起的兩種極端無(wú)線通信技術(shù).UWB技術(shù)的特點(diǎn)是低功耗，高帶寬，低復(fù)雜度，它具有對(duì)信道衰落不敏感，發(fā)射信號(hào)功率譜密度低，安全性高，系統(tǒng)復(fù)雜度低，能提供數(shù)厘米的定位精度等優(yōu)點(diǎn)。

在超窄帶通信中，一般采用FDMA方式，單個(gè)載波的帶寬在100Hz－500Hz的范圍內(nèi)。在這個(gè)方位內(nèi)，如何識(shí)別載波是一個(gè)關(guān)鍵。對(duì)于終端來(lái)說(shuō)，可以在一個(gè)子載波上來(lái)傳輸信息，但是，在基站上，必須在一個(gè)頻段上來(lái)檢測(cè)子載波。比如，在200KHz的頻段上，每個(gè)子載波的帶寬是100Hz，那么，就有2000個(gè)子載波，終端是隨機(jī)地選擇一個(gè)子載波來(lái)傳輸信息的，因此，在極端的情況下，基站必須能夠隨時(shí)能夠檢測(cè)2000個(gè)子載波上可能的信息傳輸。在這個(gè)子載波檢測(cè)中，一個(gè)是子載波的數(shù)量多，另外一個(gè)就是帶寬窄，一般只有100Hz左右。所以，難度就比較高。我們?cè)谔幚淼臅r(shí)候，采用特征檢測(cè)和能量檢測(cè)結(jié)合的方法。能量檢測(cè)后，檢測(cè)前導(dǎo)碼，來(lái)判別是否是自己的信號(hào)。里面，主要的是能量檢測(cè)。在能量檢測(cè)上，主要的方法是FFT檢測(cè)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服上述不足提供一種超窄帶無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)超窄帶信號(hào)檢測(cè)方法。

一種超窄帶無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)超窄帶信號(hào)檢測(cè)方法，包括步驟：

001，接收從天線發(fā)送的信號(hào)；

002，對(duì)從天線接收的信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻變換得到平均功率譜；

003，計(jì)算所得到的平均功率譜的平均值；

004，在時(shí)域到頻域變換的每個(gè)頻點(diǎn)上逐一進(jìn)行一階濾波；

005，統(tǒng)計(jì)計(jì)算已濾波的、平均化的功率譜的統(tǒng)計(jì)量；

006，檢測(cè)頻道中檢測(cè)窄帶信號(hào)的存在。

進(jìn)一步，所述檢測(cè)頻道中檢測(cè)窄帶信號(hào)的存在具體為：在一個(gè)帶寬為ΔF1寬帶頻道中，檢測(cè)帶寬為ΔF2的窄帶信號(hào)的存在，其中，ΔF1＞＞ΔF2。

進(jìn)一步，所述進(jìn)行時(shí)頻變換得到平均功率譜的步驟具體為：

選擇多個(gè)頻段和N個(gè)頻點(diǎn)，選擇的N個(gè)頻點(diǎn)跨越了所選擇的頻段，從天線接收的信號(hào)，選擇ΔF1寬帶頻道，數(shù)值化后，輸出信號(hào)r_n，然后進(jìn)行FFT運(yùn)算：

Y(k，m)＝r_n+n＊k

其中，Y(k，m)時(shí)第k塊FFT輸出，r_n時(shí)接收的數(shù)據(jù)，且N時(shí)FFT的大小，r_n包括噪聲和待檢測(cè)的窄帶信號(hào)。

進(jìn)一步，所述進(jìn)行時(shí)頻變換得到平均功率譜的步驟具體為：

在執(zhí)行FFT后，通過(guò)K個(gè)樣本計(jì)算所接收到的平均功率譜的平均值，P(k，m)，如下：

P(k，m)＝δP(k，m)+(1－δ)|Y(k，m)|²

其中，δ時(shí)常數(shù)(遺忘因子)。

進(jìn)一步，所述檢測(cè)頻道中檢測(cè)窄帶信號(hào)的存在的過(guò)程具體為：統(tǒng)計(jì)計(jì)算器計(jì)算均值μ_k和β_k修正的標(biāo)準(zhǔn)差，當(dāng)max(P(k，m))＞k₁μ_k+k₂β_k，其中，k₁和k₂是常數(shù)，選擇的準(zhǔn)則是獲取所期望的性能時(shí)，利用上述概率函數(shù)，檢測(cè)器在所述的頻道中檢測(cè)窄帶信號(hào)的存在，選擇k₁和k₂使得漏檢概率、檢測(cè)概率和錯(cuò)檢概率在預(yù)定的范圍內(nèi)，

μ_k＝σ²₁+σ²₂

＝σ²₁(1+)

其中，SNR是所述窄帶信號(hào)的信噪比，σ₁²和σ₂²分別是基于頻點(diǎn)的背景信號(hào)和窄帶信號(hào)的方差，總輸入功率是Nσ₁²+Mσ₂²，假設(shè)k₂＝0，于是：

Prob＿miss＝Г(K，Kk_l)^M

Prob＿detection＝1－Г(K，Kk_l)^M

Prob＿false＿alarm＝1－Г(K，Kk_l)^N

本發(fā)明使用的檢測(cè)方法使用這樣的原則：如果隨機(jī)變量被模式化為高斯分布，則大部分樣本落在從均值到其3倍標(biāo)準(zhǔn)差之內(nèi)。這之外的樣本被認(rèn)為是異常值。這樣，我們可以認(rèn)為在輸入信號(hào)缺失的時(shí)候，系統(tǒng)測(cè)量到的信號(hào)時(shí)噪聲。該噪聲服從高斯分布。然而，一般地，所述的窄帶信號(hào)的功率譜不服從高斯分布。因而，不可以直接應(yīng)用異常值檢測(cè)方式，所以本方案提供了新的方式的理論依據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明方法流程示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明：

我們?cè)谔幚淼臅r(shí)候，采用特征檢測(cè)和能量檢測(cè)結(jié)合的方法。能量檢測(cè)后，檢測(cè)前導(dǎo)碼，來(lái)判別是否是自己的信號(hào)。里面，主要的是能量檢測(cè)。在能量檢測(cè)上，主要的方法是FFT檢測(cè)方法。

上述的問(wèn)題的關(guān)鍵可以描述為在一個(gè)帶寬為ΔF1寬帶頻道中，檢測(cè)帶寬為ΔF2的窄帶信號(hào)(ΔF1＞＞ΔF2)的存在。

其中的時(shí)頻變換是一個(gè)快速的FFT變換器，選擇的N個(gè)點(diǎn)跨越了所選擇的頻段。頻譜平均是一個(gè)數(shù)字處理電路，包括處理器等。濾波器時(shí)一個(gè)M個(gè)非零的數(shù)值濾波器。其中N＞M。

從天線接收的信號(hào)，選擇ΔF1寬帶頻道，數(shù)值化后，輸出信號(hào)r_n，然后進(jìn)行FFT運(yùn)算：

Y(k，m)＝r_n+n＊k

其中，Y(k，m)時(shí)第k塊FFT輸出，r_n時(shí)接收的數(shù)據(jù)，且N時(shí)FFT的大小。一般地，r_n包括噪聲和待檢測(cè)的窄帶信號(hào)。然而，也可以出現(xiàn)另外的寬帶信號(hào)。

在執(zhí)行FFT后，頻譜平均器通過(guò)K個(gè)樣本計(jì)算所接收到的平均功率譜的平均值，P(k，m)，如下：

P(k，m)＝δP(k，m)+(1－δ)|Y(k，m)|²

其中，δ時(shí)常數(shù)(遺忘因子)。

隨機(jī)變量y＝x²的概率密度函數(shù)由下式給出，其中，x是方差為σ²的零均值正態(tài)隨機(jī)變量(服從高斯分布)，由此，并使用這樣的事實(shí)：兩個(gè)隨機(jī)變量之和的概率密度函數(shù)時(shí)他們的概率密度函數(shù)的卷積，其中，λ＝K/(2σ²)。該概率密度函數(shù)通常被稱為扼度概率密度函數(shù)。所述累計(jì)分布函數(shù)也可以由下式給出：

CDF＝Г(K，Pλ)

其中，Г()是不完全伽馬函數(shù)。f(P)的均值和方差為：

均值＝K/λ＝2σ²

以及

方差＝K/λ²＝(2σ²)²＝均值²/K

因此，更多的平均化運(yùn)算(增加K)使得所述方差接近零。如果K很大，則該密度可以用高斯密度函數(shù)逼近，但是，如上所述，所述的方差接近于零使得對(duì)于檢測(cè)很難使用高斯分布假設(shè)。

從上述CDF中，可以看出，在檢測(cè)中可以進(jìn)行折中。如果我們將檢測(cè)準(zhǔn)則限定為P＞2ασ²，其中，α是閾值常數(shù)，則漏檢概率、正確檢測(cè)概率和誤檢概率可以描述為：

Prob＿miss＝Г(K，Pα)^M

Prob＿detection＝1－Г(K，Pα)^M

Prob＿false＿alarm＝1－Г(K，Pα)^N

其中，N是FFT的大小，而M是所述窄帶信號(hào)跨越的頻點(diǎn)的數(shù)量。給定某一性能準(zhǔn)則，于是我們可以師徒求解閾值常數(shù)和所需平均時(shí)間(K)。但是，不存在封閉解。

對(duì)平均化后的功率譜進(jìn)行進(jìn)一步的平均化運(yùn)算，通過(guò)具有ΔF3帶寬的濾波器對(duì)P(k，m)進(jìn)行濾波來(lái)完成，其中ΔF1＞ΔF3。理想地，濾波器應(yīng)該匹配正在檢測(cè)的在所述頻道范圍內(nèi)的所期望的窄帶信號(hào)的頻譜的形狀。在此情況下，濾波器時(shí)維納濾波器。然而，在系統(tǒng)與被檢測(cè)到的窄帶信號(hào)發(fā)射機(jī)之間存在頻率選擇多徑(例如，瑞麗衰落)的情況下，所期望的頻譜時(shí)未知的。因此，濾波器可以是帶寬為ΔF3的簡(jiǎn)單的矩形濾波器。濾波器帶寬ΔF3近似等于正在檢測(cè)的窄帶信號(hào)的帶寬ΔF2。也就是說(shuō)，濾波器的帶寬ΔF3與待檢的窄帶信號(hào)的帶寬ΔF2匹配得越接近，所述的系統(tǒng)的就越好。比較好的情況是，濾波器的長(zhǎng)度為N，具有M個(gè)非零的數(shù)值濾波器，在典型的情況下，M＜N/10。

接下來(lái)，統(tǒng)計(jì)計(jì)算器計(jì)算所述的已濾波的、平均化的功率譜的一些統(tǒng)計(jì)量。特別是，統(tǒng)計(jì)計(jì)算器計(jì)算所述的已濾波的平均化的功率譜的均值和修正的標(biāo)準(zhǔn)差(SD)。傳統(tǒng)的SD在很窄帶寬的信號(hào)的存在的情況下，由偏差，并且因此它不是合適的統(tǒng)計(jì)量。統(tǒng)計(jì)計(jì)算器計(jì)算均值μ_k和β_k修正的標(biāo)準(zhǔn)差，當(dāng)max(P(k，m))＞k₁μ_k+k₂β_k(其中，k₁和k₂是常數(shù)，選擇的準(zhǔn)則是獲取所期望的性能)時(shí)，利用上述概率函數(shù)，檢測(cè)器在所述的頻道中檢測(cè)窄帶信號(hào)的存在。也就是說(shuō)，選擇k₁和k₂使得漏檢概率、檢測(cè)概率和錯(cuò)檢概率在預(yù)定的范圍內(nèi)。注意：

μ_k＝σ²₁+σ²₂

＝σ²₁(1+)

其中，SNR是所述窄帶信號(hào)的信噪比，σ₁²和σ₂²分別是基于頻點(diǎn)的背景信號(hào)(噪聲)和窄帶信號(hào)的方差(功率)(總輸入功率是Nσ₁²+Mσ₂²)。假設(shè)k₂＝0，于是：

Prob＿miss＝Г(K，Kk_l)^M

Prob＿detection＝1－Г(K，Kk_l)^M

Prob＿false＿alarm＝1－Г(K，Kk_l)^N。