專利名稱：基于噪聲自適應(yīng)隨機(jī)共振系統(tǒng)的頻譜感知方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及其中的頻譜感知方法。
背景技術(shù)：
隨著無(wú)線業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)，頻譜資源顯得日漸稀缺，為了解決這一問(wèn)題，研究者提出了認(rèn)知無(wú)線電(Cognitive Radio, CR)技術(shù)。CR技術(shù)的前提是尋找到可用的頻譜資源,頻譜感知正是用來(lái)完成這一任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)。為了有效地避免認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)的信號(hào)對(duì)授權(quán)用戶產(chǎn)生有害的干擾，要求頻譜感知方法在低信噪比(Signal-to-Noise Ratio, SNR)下能夠可靠地檢測(cè)出授權(quán)用戶信號(hào)來(lái)。在CR系統(tǒng)中能量檢測(cè)(energy detection, ED)是一種簡(jiǎn)單易行的頻譜感知方法，但是傳統(tǒng)的ED技術(shù)在低信噪比下檢測(cè)概率較低，不能很好地滿足認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的要求。傳統(tǒng)能量檢測(cè)中頻譜感知的二元假設(shè)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑?br> [H '.rit)= sit)+nit)1、U，⑴其中，H1表示存在授權(quán)用戶信號(hào)的假設(shè)，Htl表示不存在授權(quán)用戶信號(hào)的假設(shè)；r (t)表示要感知的接收信號(hào)，s(t)表示授權(quán)用戶信號(hào)，n(t)表示均值為零、方差為σ 2的加性白高斯噪聲(Additive White GaussianNoise, AWGN)。把接收信號(hào)通過(guò)能量檢測(cè),判斷授權(quán)用
ΛΓ_1
戶是否信號(hào)存在，即通過(guò)嚇)=￡|小)|2計(jì)算得到檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量T(r)，把T(r)與門限r(nóng)進(jìn)行
π=0
比較，判斷授權(quán)用戶信號(hào)是否存在。這里，N表示每次頻譜感知所需的累積樣本數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)隨機(jī)共振(Stochastic Resonance, SR)能夠使信號(hào)得到增強(qiáng)并且能夠抑制噪聲。當(dāng)輸入的信號(hào)、噪聲和SR系統(tǒng)相匹配時(shí)噪聲的部分能量能夠轉(zhuǎn)移到信號(hào)上，使信號(hào)得到增強(qiáng)，噪聲的得干擾得到削減，使輸出的SNR得到顯著的提高，于是把SR理論應(yīng)用于頻譜感知技術(shù)中，這樣能夠有效地提高頻譜感知的性能。雙穩(wěn)態(tài)SR系統(tǒng)通常用非線性Iangevin方程描述如下= 一抑(X) + s(/) + n(t)(2) dt Bx其中，V(x, t)是雙穩(wěn)態(tài)SR系統(tǒng)的勢(shì)函數(shù)，其表達(dá)式為F(X) = -其中，
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a，b為SR系統(tǒng)參數(shù)，Uc^a2/ (4b)為勢(shì)壘的高度，±c = 是SR系統(tǒng)的兩個(gè)勢(shì)阱點(diǎn)，把接收信號(hào)1*(1:)=8(1:)+11(1:)代入Iangevin方程中求解得到x(t),輸出信號(hào)x(t)的SNR得到了提高，從而有利于下一步的處理。對(duì)于通信中的常見信號(hào)s (t) =Am cos (2 π fst)其輸出SNR為
DPt e ⑶其中 p=a2/b。具體可參考文獻(xiàn)McNamara B, Wiesenfeld K. Theory ofstochastic resonance, Physical Review A, 1989，39(9):4854-4869。隨機(jī)共振系統(tǒng)要求輸入的信號(hào)周期成分的頻率一般較小，一般采用了二次采樣技術(shù)來(lái)降低大頻率信號(hào)的頻率，使其滿足SR系統(tǒng)的要求。二次采樣的基本原理是通過(guò)尺度變換因子R把高頻信號(hào)變換成與隨機(jī)共振系統(tǒng)相匹配的低頻信號(hào)。R的作用原理是采樣后的信號(hào)表示為.s'(") = A如+爐)然后進(jìn)行如下處理
權(quán)利要求
1.一種基于噪聲自適應(yīng)隨機(jī)共振系統(tǒng)的頻譜感知方法，包括以下步驟 51.初始化參數(shù)所述參數(shù)包括，計(jì)算檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量所需的信號(hào)采樣累積點(diǎn)數(shù)N，二次采樣的尺度變換因子R。52.對(duì)接收信號(hào)r(t)進(jìn)行尺度變換因子為R的二次采樣，輸出的信號(hào)記為r'(t)； 53.將步驟S2得到的r'(t)作為噪聲自適應(yīng)隨機(jī)共振系統(tǒng)的輸入信號(hào)，求解描述噪聲自適應(yīng)隨機(jī)共振系統(tǒng)的方程的輸出信號(hào)x(t)； 所述的隨機(jī)共振系統(tǒng)方程為= C 十k [.v(/) + (7)1 .其中， F(x) =+^x4, s (t)是授權(quán)用戶信號(hào)；n(t)是均值為零方差為V的噪聲， k = ^a2/(2ban2)，a、b是隨機(jī)共振系統(tǒng)參數(shù)； 54.求解步驟S3得到的X(t)的的N個(gè)采樣點(diǎn)的均值J ; 55.利用步驟S4得到的N個(gè)采樣點(diǎn)的均值J計(jì)算檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量T(x)，T(x)與預(yù)先設(shè)置的判決門限Yth比較做出判決。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于噪聲自適應(yīng)隨機(jī)共振系統(tǒng)的頻譜感知方法，其特征在于，計(jì)算檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量T(X)的過(guò)程如下 y = ZkH，其中，x[n] =x(nRAt), At為接收信號(hào)r(t)的采樣間隔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于噪聲自適應(yīng)隨機(jī)共振系統(tǒng)的頻譜感知方法，具體先把大頻率的接受信號(hào)r(t)經(jīng)過(guò)二次采樣處理，降為小頻率的信號(hào)r′(t)，然后輸入噪聲自適應(yīng)SR系統(tǒng)輸出為x(t)，最后對(duì)x(t)進(jìn)行檢測(cè)做出判決。針對(duì)現(xiàn)有的能量頻譜感知方法易受到噪聲不確定性的影響不能滿足實(shí)際需求的問(wèn)題，本發(fā)明的方法通過(guò)噪聲方差計(jì)算得到噪聲功率自適應(yīng)系數(shù)k，進(jìn)而達(dá)到自適應(yīng)調(diào)節(jié)輸入SR系統(tǒng)的噪聲功率k2σn2，使其和SR系統(tǒng)的特性相匹配，從而使得輸出信號(hào)x(t)的SNR得到最優(yōu)的提高。
文檔編號(hào)H04W24/06GK102970083SQ20121045153
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者張少文, 王軍, 李少謙 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)