一种基于极化度的频谱感知方法

摘要

本发明提供了一种基于极化度的频谱感知方法，适用于认知无线电网络。所述方法包括：系统检测门限的设定，对空间电磁信号进行连续采样，估计接收信号协方差矩阵，基于协方差矩阵特征值得到接收信号的极化度，进而根据信号、噪声极化度的差异，判定电磁信号的有无。该发明可实现对授权用户电磁信号极化信息的应用，有效克服实际中存在的噪声不确定度问题；基于接收信号抽样协方差矩阵得到极化度，无需信号、信道或噪声的先验知识进行检测；适用于小样本检测，降低计算复杂度，提高系统对电磁信号的检测速度，降低系统对电磁信号检测所需的时间。从而可满足实时检测的要求，有利于系统对有限的无线频谱资源进行高效利用。

主权项

1.一种基于极化度的频谱感知方法，其特征在于根据接收信号的抽样协方差矩阵的特征值得到极化度作为判决统计量，与系统预先设定的判决门限γ_DoP进行比较，以此判断频谱是否被占用，即主用户信号是否存在，具体方法包括：步骤1.认知无线电(CR)用户接收端系统检测门限值的设定：首先根据下式：${\gamma }_{\mathrm{DoP}}=\frac{{\left((\sqrt{N}-\sqrt{2}\right)}^2+\frac{{(\sqrt{N}+\sqrt{2})}^{-2/3}}{{\left(2N\right)}^{1/6}}{F_1}^{-1}\left(1-P_{\mathrm{fa}})\right)-\frac{{(\sqrt{N}-\sqrt{2})}^2}{{(\sqrt{N}+\sqrt{2})}^2}}{{\left((\sqrt{N}-\sqrt{2}\right)}^2+\frac{{(\sqrt{N}+\sqrt{2})}^{-2/3}}{{\left(2N\right)}^{1/6}}{F_1}^{-1}\left(1-P_{\mathrm{fa}})\right)+\frac{{\left(\sqrt{N}\text{-}\sqrt{2}\right)}^2}{{(\sqrt{N}+\sqrt{2})}^2}}$确定门限值并存储待用，其中N为采样数，F₁(t)为Tracy-Widom分布函数，p_fa为系统设定的虚警概率；步骤2.CR用户端对空间电磁信号进行连续采样：对接收到的数据信号经过下变频处理后得到模拟信号，通过模数转换器对该模拟信号按照步骤1中设定的采样数N进行采样，得到采样数据表示为：x(n)=[x(0)x(1)x(2)…x(N-1)]步骤3.CR用户接收端估计接收信号协方差矩阵：根据步骤2得到的采样数据，估计得到接收信号的协方差矩阵${\hat{R}}_x\left(N\right)=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}x\left(n\right)x^H\left(n\right)$其中(·)^H表示共轭转置；步骤4.CR用户接收端估计接收信号极化度：设分别为的最大，最小特征值，则接收信号的极化度为其中P_完全极化代表完全极化分量能量，P_总能量代表电磁波总能量；步骤5.CR用户接收端判定电磁信号的有无：利用接收信号的极化度和门限值γ_DoP进行判断授权用户信号是否存在：如果则信号存在，CR用户立刻退出该频谱空穴；否则该频谱没有被占用，则授权用户信号不存在，CR用户继续使用该段频谱空穴，在该段频谱空穴上传输信息并进行频谱感知。