[发明专利]基于小波变换的自适应时频空穴检测方法

权利要求书

1.基于小波变换的自适应时频空穴检测方法，其特征在于，采用小波变换技术自适应地对时间连续信号或者离散时间信号进行时频域分段，并判断各时频资源块的空闲与否，包括如下步骤：

(1)先对认知用户监测接收信号时域分段，保证在该分段内，各主用户占用频带持续不变；

(2)对各分时段的接收信号，采用已有方法，进行傅里叶变换得到各分时段信号频谱，对该频谱进行小波变换以检测各频段边沿，从而实现频段划分；

(3)综合前两步中的自适应时间和频域分段结果，对各时频资源块进行综合分析，判断时频资源块空闲与否。

2.如权利要求1所述的自适应时频空穴检测方法，其特征在于：该方法采用针对接收信号的平均功率进行小波变换，实现对接收信号的自适应时域分段，保证各时间分段内，信号的频谱结构不变。

3.如权利要求1所述的自适应时频空穴检测方法，其特征在于：该方法采用小波包分解或其他的滤波接收处理方法对接收信号进行分频段滤波接收处理。

4.如权利要求1所述的自适应时频空穴检测方法，其特征在于：

认知无线电时频感知系统模型，采用一个具有M个潜在认知用户和N个潜在主用户的无线通信系统，假定该系统占用的频率范围为[f₀，f_N]，且带宽为B，令第m个潜在认知用户认知用户接收到的连续信号表示为

rm(t)=Σn=1Nαn,mxn(t)+ωm(t)---(1)]]>

其中，x_n(t)代表第n个潜在主用户发送的信号，而α_n，m代表第n个潜在主用户与第m个潜在认知用户之间的信号增益，ω_m(t)代表噪声；在下面的介绍中各认知用户采用相同的信号处理方法，为了简化描述，后面的介绍中将不再区分各认知用户，略去脚标m；我们对上述认知系统做如下的假定，并分析其假定合理性；

a1)由于潜在主用户占用相应频段具有时间上的间断性，并且在各时间段内主用户与认知用户之间的信道在该时间段上为准静态，即该时间段内α_n为常数；

a2)假定第n个潜在主用户在占用频段持续期内，占用的频带不会改变；

a3)假定接收信号中的噪声为加性高斯白噪声；

无线通信系统中，用户接入基站过程，通过基站分配上下行频段和时段，一次完整的通信可以分为若干个较短通信持续期或时间段，相应时间段内信道近似不变，通信持续期内频带也不变，而接收信号中噪声通常假定为加性高斯白噪声，因此上述假设合理，与实际通信系统相符；

接收信号时域自适应分段：基于假设条件a1)，在各主用户占用频带不变的时间段内，可以近似认为认知用户接收信号平均功率不变，利用接收信号平均功率的分时段，拟采用小波变换检测信号平均功率突变点，以实现信号各分时段边沿的检测，从而将时域信号划分为多个时间段连续信号；

自适应频域分段：基于上述的接收信号的时域分段，可以认为各主用户在各时间分段内占用频谱情况是持续并且稳定不变的；

检测时频空穴

1)估计噪声功率谱

基于上述已经获得的各时间分段、各子频带的主用户占用情况，可以得到整个时间段(t₀，t_N)和带宽[f₀，f_N]内的时频资源块占用情况；进一步，针对被占用的第p个时间分段内第m个子频带时频资源块；按照下式计算功率谱密度；

Pn(p)=1(fn+1-fn)∫fnfn+1Sr(p)(f)df---(11)]]>

由于噪声为加性高斯白噪声，因此，噪声在整个频域功率谱密度为常数，通过下式计算估计得到：

NAWGN=minn,pPn(p)---(12)]]>

2)计算各时频块信号功率谱

第p个时间分段内第m个子频带时频资源块上的信号平均功率谱密度可以修正为

Pn′(p)=Pn(p)-NAWGN---(13)]]>

3)判断时频块是否空闲

理论上，如果某一个分时段内上的某个子频带时频快功率谱密度大于白噪声功率谱密度，则该时频资源块为主用户占用，否则为空闲；考虑到接收信号各分时段时间间隔有限，对该分时段平均得到的噪声平均功率谱密度仍然不是理想的常数，而是具有一定方差的随机变量；为了抑制时间平均噪声功率谱的波动干扰，根据需要设置一个更高的功率谱密度门限P_Th来判断各时频资源块是否为空闲；

P_Th＝α_NAWGN    (14)

其中因子α＞1，可以根据估计可靠性需要设置。

时频空穴检测改进

在系统占用频率范围较宽，或者认知用户需要检测的频率范围较宽的情况下，由于多径信道的影响，会导致认知用户接收信号在系统占用的频率范围内表现为较明显的频率选择性，而这种频率选择性对于小波变换检测频域分界点形成干扰；另一方面如果系统占用频率范围较宽，噪声的平均功率较大，而某一个较小子频带的占用或空闲状态发生改变，使得信号的平均功率的改变相对较小，也就是说，噪声的干扰更容易使得采用平均功率波动检测时域分段点的方法产生误判或漏判。