基于譜相關(guān)分析的頻譜空洞檢測(cè)方案

為了提高頻譜的利用率，瑞典皇家學(xué)院Mitola博士提出了認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)，它能夠自動(dòng)檢測(cè)周圍的頻譜環(huán)境，有效地利用空閑頻段。在認(rèn)知無(wú)線電眾多的關(guān)鍵技術(shù)中，頻譜檢測(cè)是其得以發(fā)展的前提。當(dāng)今在主用戶發(fā)射端的頻譜檢測(cè)算法主要包括：匹配濾波器檢測(cè)、能量檢測(cè)和循環(huán)平穩(wěn)特征檢測(cè)。匹配濾波器檢測(cè)需要獲得完備授權(quán)用戶信號(hào)的先驗(yàn)知識(shí)(如調(diào)制方式、脈沖波形等)，它能使接收信噪比最大，是一種最優(yōu)的檢測(cè)器。能量檢測(cè)是一種非相干檢測(cè),它無(wú)需知道授權(quán)用戶的先驗(yàn)知識(shí)，直接在時(shí)域或頻域?qū)Σ蓸又登竽５钠椒郊纯?，但是它具有噪聲不確定性，在信噪比較低的情況下，檢測(cè)性能易受到影響。循環(huán)平穩(wěn)特征檢測(cè)除了復(fù)雜度較高外，可以克服能量檢測(cè)的缺點(diǎn)。調(diào)制后的基帶信號(hào)在均值和自相關(guān)等統(tǒng)計(jì)參數(shù)方面具有循環(huán)平穩(wěn)特性，而噪聲不具備這一特性，利用其可以有效地減少噪聲對(duì)檢測(cè)性能的影響。建立在譜相關(guān)分析基礎(chǔ)上的循環(huán)相關(guān)匹配濾波器[6]與一般的匹配濾波器不同，可以在認(rèn)知無(wú)線電中使用其作為檢測(cè)器。本文研究了兩種檢測(cè)方法的檢測(cè)性能，仿真結(jié)果表明，即使在信噪比較低的情況下，基于循環(huán)相關(guān)匹配濾波器的檢測(cè)方案仍具有良好的檢測(cè)性能。
1 匹配濾波器檢測(cè)算法
　 如果已知授權(quán)用戶的先驗(yàn)信息 ，如調(diào)制類型、脈沖整形等，可以用匹配濾波器檢測(cè)。它能使輸出信噪比最大化，在較短的時(shí)間里達(dá)到較高的處理增益。但是如果信息不準(zhǔn)確，檢測(cè)結(jié)果會(huì)受到很大影響。檢測(cè)過(guò)程如圖1所示。

檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量T為：
　

普通的匹配濾波器在低信噪比條件下很難準(zhǔn)確地檢測(cè)出主用戶是否存在，這樣不僅會(huì)影響主用戶的正常通信，也讓認(rèn)知用戶不能有效地利用空閑頻段。因此，本文在循環(huán)相關(guān)匹配濾波器的基礎(chǔ)上，采用單通道信號(hào)檢測(cè)方法實(shí)施對(duì)頻譜空洞的檢測(cè)。
2 基于循環(huán)相關(guān)匹配濾波器的信號(hào)檢測(cè)方法
循環(huán)相關(guān)匹配濾波器與一般的匹配濾波器不同，是建立在譜相關(guān)分析的基礎(chǔ)上，它的傳遞函數(shù)和最大信噪比都與其譜相關(guān)特性有關(guān)。設(shè)觀測(cè)到的信號(hào)s(t)如式(7)所示：

2.1 檢測(cè)模型
認(rèn)知無(wú)線電在檢測(cè)頻譜空洞時(shí)，通常是通過(guò)分析認(rèn)知用戶感知到的信號(hào)中是否存在授權(quán)用戶信號(hào)，進(jìn)而判斷感興趣的頻譜是否處于空閑狀態(tài)。因此，頻譜檢測(cè)過(guò)程可以描述成一個(gè)二元檢測(cè)問(wèn)題，檢測(cè)模型為：