无线频谱检测技术

H ( j) cS()e jt0
2π ∞
§9.3.2 能量检测
是一种比较简单的信号检测方法，属于非相 干信号检测。能量检测方法最主要的优点就是不需要预先知道 被检测信号的任何先验知识。
图9-3-1 能量检测器框图
§9.3.2 能量检测
在有限的时域范围内，n(t)可用2TW个采样点来表示，噪声可表示为
第9章
信号检测与估计
无线频谱检测技术
肖海林 hailinxiao@guet.edu.cn
本章内容
概述 频谱检测技术分类 主用户发射端检测 主用户接收端检测 协作频谱检测技术 基于D-S证据理论的分布式频谱检测 多天线频谱检测技术
不同于一般的通信接收机的信号接收过程。 它不需要准确复原所收到的信号信息，只需要检测某个频段在某一地 理区域、某一时间段上是否有信号存在，所以它的信号处理过程应该 要比普通的通信接收机简单。但从另一方面看，由于它不是针对具体 的通信系统信号的感知，而是要求检测授权频段的频谱占用信息，亦 即频谱感知的通用性和适用性要强，这就要求频谱检测采用不同于一 般通信接收机的信号处理过程。
§9.3.3.1 循环平稳性
循环平稳也称周期平稳，与随机过程的平稳性类似，分为严平稳和 广义平稳。
如果对于任意的 ，随机过程X(t)的任意n维概率密
度满足 fX (x1, x2,, xn;t1,t2,,tn ) fX (x1, x2,, xn;t1 ,t2 ,tn )
则称X(t)为严平稳过程。 如果随机信号的均值满足 E[X (t)] mX (t) mX
dy
系统的性能由误差函数表示： erfc(x) 2 ∞exp(x2 )dx πx
因此，有 erfc(x) 4 2Q(x)
§9.3.3 循环平稳特性检测
是由于传输信号的周期性或者统计特征（如均值，方 差等）的周期性造成的。由于信号周期存在，使得调制信号具有循环平 稳性以及频谱相关性，而噪声是广义平稳且不具存性的。
由施瓦兹不等式可得：
∞
S ( ) H
(
j )e jt0
d
2
≤
∞
2
H ( j) d
∞
2
S() d
∞
∞
来自百度文库
∞
1
S s0 (t0 ) 2 ≤ 4 2
N E n02(t0)
∞
2
∞
2
H ( j) d S()
∞
∞
N0
∞
2
H ( j) d
4 ∞
d
E N0
2
式中：E 1
∞
S
()
2
d
为信号的能量；取等号的条件为
2TW
n(t) ai sin c(2Wt i) 0 t T
i 1
2TW
信号可表示为 s(t) ai sin c(2Wt i) 0 t T
i1
在给定检测门限值下，
ai
s
i 2W
Pf Q((K 0 ) 0 )
Pd Q((K 1) 1)
式中，Q(x)
1
2π
∞
exp
x
y2 2
集中式检测
分布式检测
集中式检测可以按 对各认知用户检测 数据融合方式的不 同分为判决融合和 数据融合。
相对于集中方式而 言，分布式检测不 存在中心控制站， 各认知用户可以独 立完成对各自检测 数据的处理和对授 权用户存在性的判 决。
§9.3
主用户发射端检测
§9.3.1 匹配滤波器检测
s0 (t) 2
§9.2
频谱检测技术分类
频谱检测技术分类
图9-2-1 频谱检测技术分类
§9.2.1 物理层检测
主要是通过在时域、频域、空域中检测授权 频段是否存在授权用户信号来判定该频段是否被占用，物理层的 检测可以分为以下三种方式。
物理层检测 发射机检测 接收机检测 干扰温度检测
§9.2.2 媒体接入控制层检测
图9-3-3 循环谱密度的实现框图
进行时域、频域计算时，循环谱密度的计算可见书中循环谱估计流程图 9-3-4。
§9.4
主用户接收端检测
§9.4.1 本振泄漏检测原理
超外差接收机把射频信号转换成一个较低的中频信号，并且用价格低廉 的高品质因数中频滤波器代替了低品质因数的可调射频滤波器。为了把射频 信号转换成中频信号，这里使用了一个本地振荡器其输出信号与输入的射频 信号混频时，射频带宽被降低到相应的中频带宽上。在这一类接收机中，不 可避免地会存在功率泄漏，所以本振泄漏出来的功率会沿着相反的方向经过 天线发射出去。
计特性。
被动式检测也称为 按需检测，认知用 户只有在有通信需 求时才一次检测所 有授权信道，直至 发现可用的空闲信
道。
§9.2.3 协作检测
是结合了物理层和MAC层功能的检测技术，它不 仅要求各认知用户自身具有高性能的物理层检测技术，更需要 MAC层具有高效的调度和协调机制。协作检测按认知无线电系 统有无控制中心，可以分为以下两种基本方式。
SS
(
f
)
(
f
4
f0 )
(
f
4
f0 )
0
exp(
j
2
4
)
(
f
)
2
f0
谱相关函数三维图上，可以看到四个冲激函数，冲激强度为1/4单位，
频点位于 ( f0 , 0) 和 (0, 2 f0 )
图9-3-2 循环谱密度三维图截面
§9.3.3.3 循环平稳特性检测原理
在对信号进行分析时，为产生循环自相关函数，再求循环谱密度，通常 先将接收到的信号序列 x(n) 乘以一个旋转因子，分别生成 u(n) 和 v(n) ；然 后再求出对应循环频率的循环自相关函数的估计值；最后进行离散傅里叶变 换，求出对应循环频率时的循环谱密度。
1 2π
∞ S()H ( j)ejtd 2
∞
Pn0 ()
H ( j) 2
N0 2
E
n0
(t)
1 2π
∞
∞ Pn0
()d
N0 4π
∞
2
H( j) d
∞
S
N
s0 (t0 )
2
E
n02 (t0 )
1 2π
∞S()H ( j)ejt0 d 2
∞
N0
∞
2
H ( j) d
4π ∞
§9.3.1 匹配滤波器检测
同时，相关函数满足 RX [t1,t2 ] RX (t2 t1) RX ( ) ，则定义该随机信号具
有广义平稳性，其中 为广义平稳周期。
通常定义产生一个正弦波所需的非线性变换的最少次数为信 号的循环平稳阶数，生成的正弦波的频率定义为循环频率。
§9.3.3.2 循环谱密度的离散化
由傅里叶变换，求得正弦波信号的谱相关函数为
主要关注多信道条件下如何提高吞吐量或频谱利
用率的问题，另外还通过对信道检测次序和检测周期的优化，使
检测到的可用空闲信道数目最多，或使信道平均搜索时间最短。
MAC层检测主要可以分为以下两种方式。
主动式检测
被动式检测
主动式检测是一种周 期性检测，即在认知 用户没有通信需求是， 也会被周期性地检测 相关信道，利用周期 性检测获得的信息可 以估计信道使用的统