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基于能量检测的频谱感知方法分析.pdf

第20卷第3期 广西工学院学报 Vd.20No.3 2009年9月 0FGUANGXIUNIVERSITYOFTECHNOI.E)GY JOURNAL Sep.2009 文章编号1004.6410(2009)03.0070-03 基于能量检测的频谱感知方法分析 陈艳1,一,杨新伦1 (1.广西工学院计算机工程系,广西柳州545006; 2.电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室,四川成都611731) 摘要:简要介绍了认知无线电中基于能量检测的频谱感知方法,在分析能量检测法原理和性能基础上,研究了噪 声的不确定性对检测性能的影响.仿真表明,能量检测法是一种简单、有效的频谱感知方法. 关键词:认知无线电;频谱感知;能量检测法;噪声不确定 中图分类号:讹9.5 文献标识码:A 0 引言 随着无线通信技术的快速发展,频谱匮乏问题逐渐凸显,频谱资源已成为非常宝贵的资源之一.而FCC (美国联邦通讯委员会)的调查表明,已分配的频谱在时间和空间上的利用率极低.例如,某些频段划分给某 种行业,但该行业并没有全部利用整个频段,有相当一部分频段闲置不用.当前分配的绝大多数频谱利用率 为15%--85%.因此,R℃认为当前存在的主要问题并不是没有频谱可用,而是现有的静态频谱分配方式导 致频谱资源没有被充分利用…1. 认知无线电(Cognitive 知,将特定时间、特定空间上的空闲频谱分配给未授权用户,以提高频谱利用率.这种动态的频谱共享方式能 大大提高频谱利用率【2J. 频谱检测是认知无线电的关键技术,CR用户必须实时监测频谱变化,以避免与授权用户发生碰撞.频 谱检测的精度和可靠度决定了是否会侵害授权用户的正常通信.大量文献对频谱检测技术进行了深入研究, 目前研究较多的频谱检测方法有:匹配滤波器法、循环平稳特征检测法、能量检测法等.匹配滤波法需要知道 授权用户信号的先验信息,如调制类型、脉冲成型、分组格式等;循环平稳特征检测法利用信号的谱相关特征 进行检测,低信噪比情况下有较好的检测性能,但计算复杂度较大;能量检测法是一种传统的检测方法,最大 优点是无需知道信号的先验知识,而且实现简单,因此,可以将能量检测法应用到认知无线电中,作为预先的 粗检测以提高检测效率.由于能量检测法对噪声的适应能力有限,在认知无线电中还需要进一步研究噪声对 检测性能的影响[3I.本文主要研究能量检测法的性能,并通过仿真验证其有效性. 1 能量检测法原理及性能分析 能量检测法是一种有效的信号检测方法,是指将信号在特定时间内的能量,与预先设定的门限值进行比 较、判决,获得检测结果.能量检测法用在指定频段内即为基于能量检测的频谱感知方法. 1.1在噪声确定条件下能量检测法的模型及算法分析 基于能量检测的频谱感知方法的研究可以看作是二元假设检验问题: H0:z(行)=硼(,1),7z=0,1,…,N一1, (1) 收稿日期:2009—07—13 基金项目:广西工学院自然科学基金(0704212)资助. 作者简介:陈艳(1979一).女,安徽东至人,广西工学院计算机工程系教师,在读研究生. 万方数据 第3期 陈艳等:基于能量检测的频谱感知方法分析 71 HI:z(,1)=s(,1)+tu(,1),,l=0,1,…,N一1. (2) 值,双边功率谱密度为No,z,它与信号是相互独立的;N为采样数(检测时间). 奈曼一皮尔逊准则是当前认知无线电中评估检测性能的主要准则,包含两个重要参数:检测概率(乃) 和虚警概率(P,).频谱感知的任务就是要根据该准则区分上面两种不同的假设,从而判定在该时刻、该频段 范围是否存在授权用户在通信.可采用恒虚警的方法,首先确定虚警概率P,,然后计算不同信噪比(SNR)情 况下的检测概率来衡量检测性能.认知无线电要求尽可能地保护授权用

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