基于復小波的寬頻帶認知無線電頻譜感知方法技術

本發明專利技術涉及一種基于復小波的寬頻帶認知無線電頻譜感知方法，包括以下步驟：步驟S1：構建一個尺度因子、位移因子可調的復小波射頻接收前端；步驟S2：在頻譜感知的粗感知階段，將復小波射頻接收前端所接收到的信號和設置好的復小波進行卷積得到積分后的小波系數，再將傅里葉變換得到的傅里葉系數用以反應當前頻帶的占用情況；進行一階求導處理，得到每個占用頻段的邊界；在頻譜感知的細感知階段，進行再一次的信號接收，計算得到判決統計量并根據給定的虛警概率確定判決門限；在每個占用頻帶，根據計算得到的判決統計量和判決門限，判斷授權用戶信號是否出現。本發明專利技術解決了在寬帶頻譜條件下，如何使用Morlet復小波技術進行快速而精確地頻譜感知的難題。

Spectrum sensing method for wideband cognitive radio based on Complex Wavelet

The invention relates to a method for broadband cognitive radio spectrum sensing based on wavelet, which comprises the following steps: step S1: Construction of complex wavelet RF front-end to a scale factor and displacement factor adjustable; step S2: in the coarse perception stage of spectrum sensing, complex wavelet convolution integral wavelet coefficients can be obtained after Fu Xiaobo the RF receiver receives the signal and set up, then the Fu Liye coefficient is obtained by Fu Liye transform to reflect the current occupancy frequency; first order derivative treatment, each band occupied the boundary; in the fine sensing phase spectrum sensing, signal receiving again, calculate and determine the decision statistics the decision threshold according to the probability of false alarm is given; bandwidth in each, according to the calculated decision statistics and decision threshold judgment authorization Does the user signal appear?. The invention solves the problem of how to use Morlet complex wavelet technology to realize spectrum sensing quickly and accurately under the wide spectrum spectrum condition.

【技術實現步驟摘要】
基于復小波的寬頻帶認知無線電頻譜感知方法
本專利技術涉及一種基于復小波的寬頻帶認知無線電頻譜感知方法。
技術介紹
1.認知無線電隨著這些年來無線通信業務地不斷增長，人們對大數據量傳輸的無線通信方式的需求呈指數級增長。但是目前的頻譜分配方式是一種呆板靜態的固定的分配方式。這種固定的無線電頻譜分配方式目前來看不能將頻譜資源充分利用，有著許多問題，因此認知無線電技術應運而生。認知無線電技術的思想是無線電頻譜資源的動態分配和共享，即在授權用戶不使用授權頻帶的時候，將空閑下來的頻段分配給認知用戶，從而達到高效的頻帶利用率。因此，快速并準確地監測無線電頻譜狀態的方法即頻譜感知是實現認知無線電的基礎和前提條件。2.寬帶頻譜感知頻譜感知是認知用戶從待測頻帶上收集到的信號，通過信號處理的方式來判斷其特征，并推斷當前頻帶是否被授權用戶信號所占據的一種信號處理技術。由于目前被各類無線通信系統所占用的頻帶范圍比較寬闊，大致在0-2GHz范圍內都有各種不同的無線通信系統，因此如何對這樣一個大范圍的頻帶進行快速準確地感知就成為了頻譜感知當中的一個熱點問題，這也就是寬帶感知。對于寬帶感知技術的實現而言，準確和速度自然是不可避免的前提，但是設備復雜度和造價也是需要考慮的重要因素。因此，這樣幾個因素綜合在一起，就使得認知無線電的寬帶感知技術的研究變得有難度且有意義。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種基于復小波的寬頻帶認知無線電頻譜感知方法，解決了在寬帶頻譜條件下，如何使用Morlet復小波技術進行快速而精確地頻譜感知的難題。為實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：一種基于復小波的寬頻帶認知無線電頻譜感知方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟S1：構建一個尺度因子、位移因子可調的復小波射頻接收前端，該接收前端可以動態地調整復小波的尺度因子、位移因子以實現頻譜感知的粗感知和細感知兩個階段；步驟S2：在頻譜感知的粗感知階段，將復小波射頻接收前端所接收到的信號和設置好的復小波進行卷積得到積分后的小波系數，將所述小波系數進行傅里葉變換得到的傅里葉系數用以反應當前頻帶的占用情況；步驟S3：對所述小波系數進行求一階導數處理，得到每個占用頻段的邊界，所述邊界為對占用頻帶的定界，完成頻譜感知的粗感知階段；步驟S4：在頻譜感知的細感知階段，對每個占用頻段進行再一次的信號接收，計算得到判決統計量同時根據給定的虛警概率確定判決門限；在每個占用頻帶，根據計算得到的判決統計量和判決門限，判斷授權用戶信號是否出現，完成最后的判決；其具體的判決規則為：當判決統計量大于或等于判決門限時，判決授權用戶信號出現，否則判決授權用戶信號為不出現。進一步的，所述復小波射頻接收前端包括天線、線性放大器、Morlet小波生成器、復小波變換模塊、FFT變換模塊及頻帶辨識和定界模塊；天線負責完成對無線信號的收集；線性放大器實現無線信號的增強放大；Morlet小波生成器根據設定的尺度因子和平移因子實現復小波的具體生成，小波變換模塊完成具體的小波運算工作；頻帶定界模塊實現對寬頻帶中所占用頻帶的辨識和定界。進一步的，所述步驟S2中傅里葉變換的具體內容如下：Morlet復小波的小波基函數為：其中，β為形狀參數，決定小波振蕩衰減的快慢程度，ψ為中心頻率，決定小波波形的振蕩頻率，C為歸一化參數且對于復小波射頻接收前端接收到的信號x(t)；尺度因子為a、平移因子為b的Morlet復小波，可以得到其小波系數為：其傅里葉變換為：進一步的，所述步驟S3中對占用頻帶的定界的具體方法為：對于接收到的信號x(t)，對其進行n點的Morlet復小波傅里葉變換，然后求其一階導數，在一階導數的過零點處即可以得到頻帶的邊界。進一步的，所述步驟S4中判決統計量和判決門限的計算方法為：假定噪聲功率為σ2，給定虛警概率為Pf，則：其中，Q-1()為Q函數的反函數，T為判決統計量，γ為判決門限；Pd為檢測概率，x(i)為復小波射頻接收前端接收到的信號。本專利技術與現有技術相比具有以下有益效果：本專利技術解決了在寬帶頻譜條件下，如何使用Morlet復小波技術進行快速而精確地頻譜感知的難題。附圖說明圖1為本專利技術的復小波射頻接收前端的原理框圖。圖2為本專利技術的無線信號頻譜占用模型。圖3a為本專利技術一實施例用于一階求導的原函數。圖3b是對圖3a所示函數進行一階求導的結果。圖4為本專利技術一實施例仿真時所輸入的模擬數據。圖5為本專利技術一實施例用Morlet復小波處理后的占用頻帶重構圖。圖6為本專利技術一實施例使用一階導數定界后的效果圖。具體實施方式下面結合附圖及實施例對本專利技術做進一步說明。請參照圖1，本專利技術提供一種基于復小波的寬頻帶認知無線電頻譜感知方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟S1：構建一個尺度因子、位移因子可調的復小波射頻接收前端，該接收前端可以動態地調整復小波的尺度因子、位移因子以實現頻譜感知的粗感知(首次感知)和細感知(精確感知)兩個階段；請參照圖1，所述復小波射頻接收前端包括天線、線性放大器、Morlet小波生成器、復小波變換模塊、FFT變換模塊及頻帶辨識和定界模塊；天線負責完成對無線信號的收集；線性放大器實現無線信號的增強放大；Morlet小波生成器根據設定的尺度因子和平移因子實現復小波的具體生成，小波變換模塊完成具體的小波運算工作；頻帶定界模塊實現對寬頻帶中所占用頻帶的辨識和定界。步驟S2：在頻譜感知的粗感知階段，將復小波射頻接收前端所接收到的信號和設置好的復小波進行卷積得到積分后的小波系數，將所述小波系數進行傅里葉變換得到的傅里葉系數用以反應當前頻帶的占用情況；步驟S3：對所述小波系數進行求一階導數處理，得到每個占用頻段的邊界，所述邊界為對占用頻帶的定界，完成頻譜感知的粗感知階段；圖2為本專利技術方法所假設的通用無線信號頻譜占用模型，即在一個很寬的頻帶范圍內，有多個占用不同頻帶的無線通信系統共存。本專利技術方法在此基礎上用Morlet小波對所接收到的輸入信號進行占用頻帶的辨識和定界。具體做法是：首先，假設射頻接收端接收到的信號為x(t)，由于Morlet復小波的小波基函數為：其中，β為形狀參數，決定小波振蕩衰減的快慢程度，ψ為中心頻率，決定小波波形的振蕩頻率，C為歸一化參數且一般為因此對于尺度因子為a、平移因子為b的Morlet復小波，可以得到其小波系數為：其傅里葉變換為：其次，對占用頻帶的定界的具體方法為：對于接收到的信號x(t)，對其進行n點的Morlet復小波傅里葉變換，然后求其一階導數，在一階導數的過零點處即可以得到頻帶的邊界。通過一階導數得到函數邊界的示意圖圖圖3a和圖3b所示。步驟S4：在頻譜感知的細感知階段，對每個占用頻段進行再一次的信號接收，計算得到判決統計量同時根據給定的虛警概率確定判決門限；在每個占用頻帶，根據計算得到的判決統計量和判決門限，判斷授權用戶信號是否出現，完成最后的判決；其具體的判決規則為：當判決統計量大于或等于判決門限時，判決授權用戶信號出現，否則判決授權用戶信號為不出現。其中，判決統計量和判決門限的計算方法為：假定噪聲功率為σ2，給定虛警概率為Pf，則：其中，Q-1()為Q函數的反函數，T為判決統計量，γ為判決門限；Pd為檢測概率，x(i)為復小波射頻接收前端接收到的信號。通過以下仿真以進本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于復小波的寬頻帶認知無線電頻譜感知方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟S1：構建一個尺度因子、位移因子可調的復小波射頻接收前端，該接收前端可以動態地調整復小波的尺度因子、位移因子以實現頻譜感知的粗感知和細感知兩個階段；步驟S2：在頻譜感知的粗感知階段，將復小波射頻接收前端所接收到的信號和設置好的復小波進行卷積得到積分后的小波系數，將所述小波系數進行傅里葉變換得到的傅里葉系數用以反應當前頻帶的占用情況；步驟S3：對所述小波系數進行求一階導數處理，得到每個占用頻段的邊界，所述邊界為對占用頻帶的定界，完成頻譜感知的粗感知階段；步驟S4：在頻譜感知的細感知階段，對每個占用頻段進行再一次的信號接收，計算得到判決統計量同時根據給定的虛警概率確定判決門限；在每個占用頻帶，根據計算得到的判決統計量和判決門限，判斷授權用戶信號是否出現，完成最后的判決；其具體的判決規則為：當判決統計量大于或等于判決門限時，判決授權用戶信號出現，否則判決授權用戶信號為不出現。

【技術特征摘要】
1.一種基于復小波的寬頻帶認知無線電頻譜感知方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟S1：構建一個尺度因子、位移因子可調的復小波射頻接收前端，該接收前端可以動態地調整復小波的尺度因子、位移因子以實現頻譜感知的粗感知和細感知兩個階段；步驟S2：在頻譜感知的粗感知階段，將復小波射頻接收前端所接收到的信號和設置好的復小波進行卷積得到積分后的小波系數，將所述小波系數進行傅里葉變換得到的傅里葉系數用以反應當前頻帶的占用情況；步驟S3：對所述小波系數進行求一階導數處理，得到每個占用頻段的邊界，所述邊界為對占用頻帶的定界，完成頻譜感知的粗感知階段；步驟S4：在頻譜感知的細感知階段，對每個占用頻段進行再一次的信號接收，計算得到判決統計量同時根據給定的虛警概率確定判決門限；在每個占用頻帶，根據計算得到的判決統計量和判決門限，判斷授權用戶信號是否出現，完成最后的判決；其具體的判決規則為：當判決統計量大于或等于判決門限時，判決授權用戶信號出現，否則判決授權用戶信號為不出現。2.根據權利要求1所述的基于復小波的寬頻帶認知無線電頻譜感知方法，其特征在于：所述復小波射頻接收前端包括天線、線性放大器、Morlet小波生成器、復小波變換模塊、FFT變換模塊及頻帶辨識和定界模塊；天線負責完成對無線信號的收集；線性放大器實現無線信號的增強放大；Morlet小波生成器根據設定的尺度因子和平移因子實現復小波的具體生成，小波變換模塊完成具體的小波運算工作；頻帶定界模塊實現對寬頻帶中所占用頻帶的辨識和定界。3.根據權利要求1所述的基于復小波的寬頻帶認知無線電頻譜感知方法，其特征在于：所述步驟S2中傅里葉變換的具體內容如下：Morlet復小波的小波基函數為：

【專利技術屬性】
技術研發人員：王俊，陳日清，林瑞全，黃繼偉，游臻華，
申請(專利權)人：福州大學，
類型：發明
國別省市：福建,35