[发明专利]基于归一化特征值的拟合优度检验的频谱感知方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种无需发送信号任何特征信息的频谱感知方法及装置。

背景技术

无线频谱资源匮乏的问题，在随着无线数据业务的飞速增长变得越来越突出。认知无线电的提出，使得灵活应用已经被占用的频谱资源成为可能。认知无线电技术的发展，极大地提高了频谱利用率，缓解了日益增长的无线业务需求与日渐匮乏的频谱资源之间的矛盾，被普遍认为是解决目前无线频谱利用率问题的最佳方案。已有的研究表明，认知无线电可以提高通信系统容量并提高频谱管理效率。

在认知无线电系统中，如何判别频谱上是否存在授权用户的信号是首先要解决的问题。这一问题被称为频谱检测或频谱感知。常用的频谱检测方法包括：能量检测、匹配滤波检测和循环平稳检测。能量检测复杂度低，但是受到噪声的不确定性的影响，其性能恶化严重。匹配滤波性能优异，但是需要已知发送信号的特征。循环平稳检测的性能也很优异，但是复杂度较高，在实际应用时，受到一定的局限。

根据接收信号的协方差矩阵可以判断该频段上是信号还是噪声，其工作的理论基础如下。我们知道，通常，有信号存在的情况下，信号的协方差矩阵不是一个对角矩阵，而仅噪声存在时，接收信号的协方差矩阵为对角线元素相等的矩阵。基于这一理论基础，传统的技术方案提出了一种利用接收信号的协方差矩阵的特征值进行频谱感知，判决变量可以由协方差矩阵的特征值构成。并给出了一种判决变量构造方法，即最大最小特征值的比值。另外，传统技术方案还提出一种利用特征值的几何平均和算术平均的比值作为判决变量。这些方法的优点是无需发送信号的任何先验信息，也无需噪声的任何统计特性。但是，这些方法没有利用特征值的分布特性。

发明内容

技术问题：为了进一步提升特征值检测方法的性能，并避免噪声不确定性的影响，本发明提出了一种基于归一化特征值的拟合优度检验的频谱检测方法及装置。

技术方案：基于归一化特征值的拟合优度检验的频谱感知方法，包括如下步骤：

（1）接收待感知频段上的无线信号；

（2）对接收信号进行采样滤波，计算信号的协方差矩阵，记为R，其维度为L×L；

（3）计算协方差矩阵的特征值分解，得到排序的特征值，所述特征值从小到大表示为σ₁,σ₂,…,σ_L；

（4）计算归一化特征值，即特征值除以所有特征值的和，结果表示为

（5）根据噪声的归一化特征值的累积分布函数F(x)，计算归一化特征值的累积概率：；所述噪声的归一化特征值的累积分布函数F(x)通过理论计算得到，或者通过仿真将F(x)制作成表格的形式，查表得到归一化特征值的累积概率。

（6）根据拟合优度检验计算判决变量T，当T大于预先设定的门限，则判定该频谱上有授权信号存在，当T小于预先设定的门限，则判定没有授权信号，即该频谱空闲。

所述判决变量T采用Anderson-Darling检验，