基于p次方的無線協(xié)作頻譜感知的能量檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于認知無線電領(lǐng)域，具體涉及一種高斯信道條件下的認知無線電協(xié)作頻 譜感知能量檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 能量檢測是認知無線電協(xié)作頻譜感知的一種有效頻譜檢測方法，它不需要任何先 驗信息。其優(yōu)點是實現(xiàn)復(fù)雜度低且不需要獲取授權(quán)用戶的準確信息，避免了由于信息獲取 不準確而產(chǎn)生的誤檢。能量檢測的等增益合并（Equal Gain Combing, EGC)方法是直接將 檢測信號采樣的幅度值取二次方后進行累加并與相關(guān)的判決門限進行比較的一種能量檢 測方法，即每個采樣幅值二次方前面的加權(quán)系數(shù)都相同，不管傳輸數(shù)據(jù)是否可靠。盡管這種 方法性能不是最優(yōu)的，但是這種方法復(fù)雜度低，實時性強，所以被廣泛使用。然而上述方法 都是基于信號采樣幅值2次方的操作，應(yīng)用中存在檢測概率較低的問題，該問題有待解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明在高斯信道環(huán)境下，給出一種 基于P次方的無線協(xié)作頻譜感知的能量檢測方法，以有效提高檢測性能。
[0004] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的基于p次方的無線協(xié)作頻譜感 知的能量檢測方法，包括以下步驟：1)在高斯信道環(huán)境下，用P次方替代2次方得到每路 無線電信號的能量，將檢測信號代入似然函數(shù)，得到對應(yīng)P次方的檢測統(tǒng)計量；2)利用 Neyman-Pearson準則，根據(jù)給定的虛警概率，求出p次方檢測的判決門限；3)將步驟1)得 到的檢測統(tǒng)計量與步驟2)得到的基于p次方檢測的判決門限進行比較，以實現(xiàn)基于p次方 的無線協(xié)作頻譜感知的能量檢測。
[0005] 當決策變量X服從均值為0方差為1的正態(tài)分布時，即X~N(0, 1)，則X2服從x2 fn1 分布，x 2 (n)分布就是r ，^J分布，用p替代2次方后，決策變量將不服從Gamma分布，且 分布函數(shù)很難獲得。但是，用P次方取代后，隨機變量的均值和方差可以很好近似為Ga_a 隨機變量的均值和方差，因而可將P次方型的均值和方差近似為Ga_a分布的均值和方差。
[0006] 本發(fā)明提供的基于p次方的無線協(xié)作頻譜感知的能量檢測方法，其通過將決策變 量P次方的均值和方差近似為Ga_a分布的均值和方差，從而得到比傳統(tǒng)的固定2次方形 式更有效的頻譜檢測準則，具體包括如下步驟：
[0007] 1)在高斯信道環(huán)境下，用p次方替代2次方得到每路無線電信號的能量，將檢測信 號代入似然函數(shù)，得到對應(yīng)P次方的檢測統(tǒng)計量：
[0008] 1. 1)構(gòu)建認知無線電系統(tǒng)的p次方頻譜檢測模型，即：
[0009] H〇:yn= ?n (1);
[0010] Hi:yn=as n+?n
[0011] 其中信號采樣樣本空間有N個采樣值，n = 1，2, 一N 表示授權(quán)用戶信號不存在， Hi表示授權(quán)用戶信號存在；yn表示第n個信號采樣；sn是授權(quán)主用戶所發(fā)射的信號部分；a為信道增益參數(shù)；噪聲部分《"是均值為〇方差為〇 2高斯噪聲，發(fā)射信號^是均值為〇,方 差為〇s2隨機信號，且噪聲和信號是相互獨立的；
[0012] 1. 2)用p次方取代2次方，獲得p次方取代2次方時的每路無線電信號的能量：
[0013]
【主權(quán)項】
1. 一種基于P次方的無線協(xié)作頻譜感知的能量檢測方法，其特征在于該方法包括以下 步驟： 1) 在高斯信道環(huán)境下，用P次方替代2次方得到每路無線電信號的能量，將檢測信號代 入似然函數(shù)，得到對應(yīng)P次方檢測的檢測統(tǒng)計量； 2) 利用Neyman-Pearson準則，根據(jù)給定的虛警概率，求出p次方檢測的判決門限； 3) 將步驟1)得到的檢測統(tǒng)計量與步驟2)得到的基于p次方檢測的判決門限進行比 較，以實現(xiàn)基于P次方的無線協(xié)作頻譜感知的能量檢測。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于p次方的無線協(xié)作頻譜感知的能量檢測方法，其特征在 于： 所述步驟1)包括： I. 1)構(gòu)建認知無線電系統(tǒng)的P次方頻譜檢測模型，即： H〇：yn= ωη ⑴； Hi：yn= α δη+ωη 其中信號采樣樣本空間有N個采樣值，η = 1，2,…N5Htl表示授權(quán)用戶信號不存在，H1 表示授權(quán)用戶信號存在；yn表示第η個信號采樣；Sn是授權(quán)主用戶所發(fā)射的信號部分；α為 信道增益參數(shù)；噪聲部分《"是均值為〇方差為σ 2高斯噪聲，發(fā)射信號8"是均值為〇,方差 為σ s2隨機信號，且噪聲和信號是相互獨立的； 1. 2)用p次方取代2次方，獲得p次方取代2次方時的每路無線電信號的能量：
1. 3)在高斯信道環(huán)境下，結(jié)合采樣值的聯(lián)合概率密度函數(shù)，將檢測信號代入似然函數(shù)， 得到所構(gòu)建的檢測統(tǒng)計量：
所述步驟2)包括： 2. 1)將p次方取代2次方后的隨機變量的均值和方差近似為Gamma分布的均值和方 差，結(jié)合高斯分布的二次方服從Γ (k，Θ)分布，獲得HpH1下的隨機變量的概率密度函數(shù) 為：
其中，θ' ^ iSp次方下的尺度參數(shù)，kc；，!^'為P次方下的形狀參數(shù)； / - \
其中γ為信噪比，r = ； 2.2)基于給定的虛警概率 P' FA=Pr{D' EGG> η' EGG|H。}，利用 Neyman-Pearson 準則 ' I -4 和Gamma分布J7d聊叫(x，kG，0Q) = ieA，得出p次方檢測的判決門限為： ^gc= fO1egJ1-Ρρ^Λ) ; (24); 所述步驟3)中：將步驟1. 3)得到的檢測統(tǒng)計量與步驟2. 2)得到的基于P次方檢測 的判決門限進行比較得到如下判決準則，以實現(xiàn)基于P次方的無線協(xié)作頻譜感知的能量檢 測：
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于ρ次方的無線協(xié)作頻譜感知的能量檢測方法，其特征在 于：所述P次方檢測的判決門限對應(yīng)的檢測概率為： ^1-/\<7| _4) (27)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于ρ次方的無線協(xié)作頻譜感知的能量檢測方法， 其特征在于：是用可動態(tài)調(diào)整的P次方替代固定不變的2次方實現(xiàn)基于ρ次方的無線協(xié)作 頻譜感知的能量檢測，P值是根據(jù)認知無線電系統(tǒng)協(xié)作通訊前的頻譜感知在每個頻譜檢測 階段從〇. 01到10按〇. 01步進經(jīng)過網(wǎng)格搜索試算來動態(tài)確定的。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于p次方的無線協(xié)作頻譜感知的能量檢測方法，包括以下步驟：在高斯信道環(huán)境下用p次方替代2次方得到每路無線電信號的能量，將檢測信號代入似然函數(shù)，得到檢測統(tǒng)計量；利用Neyman-Pearson準則，根據(jù)給定的虛警概率，求出p次方檢測的判決門限；將得到的檢測統(tǒng)計量與基于p次方檢測的判決門限進行比較。本發(fā)明用p次方替代固定不變的2次方應(yīng)用到協(xié)作頻譜檢測中，同時通過將決策變量p次方的均值和方差近似為Gamma分布的均值和方差，實現(xiàn)了基于p次方的無線協(xié)作頻譜感知的能量檢測，復(fù)雜度低，實時性強，從而可以根據(jù)不同的信道環(huán)境以及信號強弱來選擇p值，從而有效地提高檢測性能。
【IPC分類】H04B17-382
【公開號】CN104734793
【申請?zhí)枴緾N201510126399
【發(fā)明人】毛明禾, 曹寧, 葉玉昌, 陳曉陽, 胡一帆
【申請人】河海大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月20日