基于协方差匹配的多天线频谱感知方法

摘要

基于协方差匹配的多天线频谱感知方案具体包括半盲检测方法和全盲检测方法。半盲检测方法通过比较接收信号取样协方差矩阵与已知的噪声协方差矩阵(这里表示噪声方差，M表示接收天线数目，I_M表示M×M单位矩阵)，构造了新的检测量而全盲检测方法利用主信号没有出现时，其归一化的取样协方差矩阵应该近似等于对角阵的事实，构造了另一个新的检测量这两种方法利用相关性作为构造判决量的基础，均无需预先知道主用户信号和传输信道的统计特性；尤其对于基于协方差匹配的全盲检测算法，在噪声方差未知的情况下也能有效地实施频谱感知。

主权项

1.一种基于协方差匹配的多天线频谱感知方法，其特征在于该方法具体包括基于协方差匹配的半盲检测和基于协方差匹配的全盲检测两种方法；基于协方差匹配的半盲检测方法通过比较接收信号取样协方差矩阵与已知的噪声协方差矩阵构造新的检测量而基于协方差匹配的全盲检测方法利用主信号没有出现时，其归一化的取样协方差矩阵应该等于对角阵的事实，构造另一个新的检测量这两种方法利用相关性作为构造判决量的基础，均无需预先知道主用户信号和信道的统计特性；对于基于协方差匹配的全盲检测算法，在噪声方差未知的情况下也能有效地实施频谱感知；其中：表示噪声方差，M表示接收天线数目，I_M表示M×M单位矩阵；Trace(·)表示矩阵的迹运算；基于协方差匹配的半盲检测方法通过比较接收信号取样协方差矩阵与已知的噪声协方差矩阵的差别来判断空闲频谱是否存在，通过矩阵的迹运算来体现这一差别，其具体步骤表述为：1）对M根接收天线的信号进行采样，形成N个接收信号向量：x_i＝[x_i(1) x_i(2) ... x_i(M)]^T,i＝1,...,N，这里上标T表示向量转置运算符，2）根据预设定的误警概率P_f计算判决门限：${\gamma }_1=\frac{12(M+1){\chi }_{{\chi }_R^2}^{-1}(1-P_f)}{6N(M+1)-(2M^2+3M-1)}$其中，r＝M(M+1)/2，表示自由度为r的卡方随机变量的逆累积分布函数；3）计算接收信号的取样协方差矩阵：4）计算判决量：5）判决过程：如果T₁＞γ₁，则表明主用户信号存在，即频段被占用，次级用户不能使用该频段；如果T₁＜γ₁，则表明主用户信号不存在，即频段没有被占用，次级用户可以使用该空闲频段；基于协方差匹配的全盲检测方法通过比较归一化的取样协方差矩阵与对角阵的差别来判断空闲频谱是否存在，通过矩阵的迹运算来体现这一差别，其步骤具体表述为：1）对M根接收天线的信号进行采样，形成N个接收信号向量：x_i＝[x_i(1) x_i(2) ... x_i(M)]^T,i＝1,...,N；这里上标T表示向量转置运算符；2）根据预设定的误警概率P_f计算判决门限：${\gamma }_2=\frac{12{\chi }_{{\chi }_R^2}^{-1}(1-P_f)}{6N{N}^2-(2M^2+M+2)M}$这里，r＝M(M+1)/2-1，表示自由度为r的卡方随机变量的逆累积分布函数，3）计算接收信号的取样协方差矩阵：4）计算判决量：5）判决过程：如果T₂＞γ₂，则表明主用户信号存在，即频段被占用，次级用户不能使用该频段；如果T₂＜γ₂，则表明主用户信号不存在，即频段没有被占用，次级用户可以使用该空闲频段。