阅读说明：本技术 一种基于功率方差比较的多频带频谱感知方法 (Multi-band frequency spectrum sensing method based on power variance comparison ) 是由 徐佳烽 金明 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于功率方差比较的多频带频谱感知方法,其计算每个频带的接收信号的功率；对所有频带的接收信号的功率从大到小进行排序；令一个变量在2到频带的总数量范围内取值,计算使得功率方差比较公式取得最大值时该变量的取值；判定排序后的所有功率中以该变量的取值为序号开始的所有功率对应的频带没有被其它无线通信业务占用,而其余功率对应的频带被其它无线通信业务占用；优点是其能够同时对所有频带实现频谱感知判决,且无需设置判决门限。(The invention discloses a multiband frequency spectrum sensing method based on power variance comparison, which calculates the power of a received signal of each frequency band; sequencing the power of the received signals of all frequency bands from large to small; making a variable take a value in the range from 2 to the total number of frequency bands, and calculating the value of the variable when the power variance comparison formula obtains the maximum value; judging that the frequency bands corresponding to all the powers starting with the value of the variable as the serial number in all the sequenced powers are not occupied by other wireless communication services, and the frequency bands corresponding to the rest powers are occupied by other wireless communication services; the method has the advantages that the method can realize spectrum sensing judgment on all frequency bands simultaneously, and does not need to set judgment thresholds.)

一种基于功率方差比较的多频带频谱感知方法

技术领域

本发明涉及一种认知无线电系统中的频谱感知技术，尤其是涉及一种基于功率方差比较的多频带频谱感知方法。

背景技术

随着无线通信业务的快速增长，人们对频谱资源的需求量不断提高，频谱资源缺乏的现象变得越来越严重。一方面，无线通信业务的快速发展和各种系统、协议、网络的不断出现，使更多的设备需要使用无线电频谱；另一方面，频谱资源固定分配策略下的授权用户频谱使用排它性使得无法有效利用频谱资源。因此，频谱资源固定分配策略是造成频谱资源缺乏现象的主要原因之一。认知无线电技术能够有效提高频谱资源利用率，是实现频谱资源动态分配的主要方案之一。频谱感知是认知无线电技术中的重要组成部分，其可以有效防止采用认知无线电技术的无线通信业务对在同一频带中的其它无线通信业务产生干扰，频谱感知的性能直接关系到无线通信业务的质量。

在实际应用中，采用认知无线电技术的认知用户需要对多个频带进行频谱感知，以便多个认知用户能够接入空闲的频带，同时使部分认知用户通过频带切换实现长时间信息传输。现有的多频带频谱感知方案主要有两类。第一类是顺序频谱感知方案，即认知用户每次只能对一个频带实现频谱感知，这类方案的缺点是当频带数量较多时，完成多频带频谱感知消耗的时间较长。第二类是并行频谱感知方案，即同时在所有频带实现频谱感知，这类方案的缺点是需要根据噪声功率来设置判决门限，而噪声功率的不确定性使得难以有效设置判决门限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于功率方差比较的多频带频谱感知方法，其能够同时对所有频带实现频谱感知判决，且无需设置判决门限。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于功率方差比较的多频带频谱感知方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：在认知无线电系统中，设定频带的总数量为N个；然后计算每个频带的接收信号的功率，将第n个频带的接收信号的功率记为p_n；其中，N和n均为正整数，N＞1，n的初始值为1，1≤n≤N；

步骤二：对N个频带的接收信号的功率从大到小进行排序，当不同频带的接收信号的功率相同时，这些功率的顺序任意排列，将排序后的N个频带的接收信号的功率构成的集合记为Ω，

其中，

对应表示Ω中的第1个功率、第2个功率、第j个功率、第N个功率，

j为正整数，j的初始值为1，1≤j≤N；

步骤三：令k表示正整数，k在2到N范围内取值的情况下计算使得功率方差比较公式

取得最大值时k的值，将计算得到的k的值记为k_max；其中，2≤k≤N，k_max∈[2,N]，

均为功率方差，

步骤四：对所有频带同时进行频谱感知的判决，即判定Ω中的第1个功率

至第k_max-1个功率各自对应的频带被其它无线通信业务占用，判定Ω中的第k_max个功率

至第N个功率

各自对应的频带没有被其它无线通信业务占用。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)本发明方法首先对所有频带的接收信号的功率从大到小进行排序，然后通过功率方差比较公式找到排序后的接收信号的功率的一个序号，把该序号之前的接收信号的功率对应的频段判定为被其它无线通信业务占用，把其它频段判定为没有被其它无线通信业务占用；这样能够实现对所有频带同时进行频谱感知的判决，克服了顺序频谱感知方案完成多频带频谱感知消耗的时间较长的问题。

2)本发明方法在利用功率方差比较公式时，通过比较接收信号的功率的方差来实现频谱感知，无需设置判决门限，解决了并行频谱感知方案难以有效设置判决门限的问题。

附图说明

图1为本发明方法的总体实现框图；

图2为在频带的总数量为100个，且有30个频带被其它无线通信业务占用，这些被其它无线通信业务占用的频带的接收信号的信噪比都相等的条件下，本发明方法的检测概率与虚警概率随着信噪比变化的曲线示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明提出的一种基于功率方差比较的多频带频谱感知方法，其总体实现框图如图1所示，其包括以下步骤：

步骤一：在认知无线电系统中，设定频带的总数量为N个；然后采用现有技术计算每个频带的接收信号的功率，将第n个频带的接收信号的功率记为p_n；其中，N和n均为正整数，N＞1，在本实施例中取N＝100，n的初始值为1，1≤n≤N。

步骤二：对N个频带的接收信号的功率从大到小进行排序，当不同频带的接收信号的功率相同时，这些功率的顺序任意排列，将排序后的N个频带的接收信号的功率构成的集合记为Ω，

其中，

对应表示Ω中的第1个功率、第2个功率、第j个功率、第N个功率，

j为正整数，j的初始值为1，1≤j≤N。

步骤三：令k表示正整数，k在2到N范围内取值的情况下计算使得功率方差比较公式取得最大值时k的值，将计算得到的k的值记为k_max；其中，2≤k≤N，k_max∈[2,N]，均为功率方差，

步骤四：对所有频带同时进行频谱感知的判决，即判定Ω中的第1个功率

至第k_max-1个功率

各自对应的频带被其它无线通信业务占用，判定Ω中的第k_max个功率

至第N个功率

各自对应的频带没有被其它无线通信业务占用。

以下通过计算机仿真，进一步说明本发明方法的可行性。

假设频带的总数量为N＝100，每个频带的接收信号的功率通过采样50个样本来计算得到。设定100个频带中有30个频带被其它无线通信业务占用，这些被其它无线通信业务占用的频带的接收信号的信噪比都相等。图2给出了本发明方法的检测概率与虚警概率随着信噪比变化的曲线。从图2中可以看出，当信噪比不小于-2dB时，本发明方法的虚警概率接近0，同时检测概率大于0.9；当信噪比不小于4dB时，本发明方法的虚警概率接近0，同时检测概率接近1。