基于譜相關分析的頻譜空洞檢測方案

為了提高頻譜的利用率，瑞典皇家學院Mitola博士提出了認知無線電技術，它能夠自動檢測周圍的頻譜環(huán)境，有效地利用空閑頻段。在認知無線電眾多的關鍵技術中，頻譜檢測是其得以發(fā)展的前提。當今在主用戶發(fā)射端的頻譜檢測算法主要包括：匹配濾波器檢測、能量檢測和循環(huán)平穩(wěn)特征檢測。匹配濾波器檢測需要獲得完備授權用戶信號的先驗知識(如調制方式、脈沖波形等)，它能使接收信噪比最大，是一種最優(yōu)的檢測器。能量檢測是一種非相干檢測,它無需知道授權用戶的先驗知識，直接在時域或頻域對采樣值求模的平方即可，但是它具有噪聲不確定性，在信噪比較低的情況下，檢測性能易受到影響。循環(huán)平穩(wěn)特征檢測除了復雜度較高外，可以克服能量檢測的缺點。調制后的基帶信號在均值和自相關等統(tǒng)計參數(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檢測性能的影響。建立在譜相關分析基礎上的循環(huán)相關匹配濾波器[6]與一般的匹配濾波器不同，可以在認知無線電中使用其作為檢測器。本文研究了兩種檢測方法的檢測性能，仿真結果表明，即使在信噪比較低的情況下，基于循環(huán)相關匹配濾波器的檢測方案仍具有良好的檢測性能。
1 匹配濾波器檢測算法
　 如果已知授權用戶的先驗信息 ，如調制類型、脈沖整形等，可以用匹配濾波器檢測。它能使輸出信噪比最大化，在較短的時間里達到較高的處理增益。但是如果信息不準確，檢測結果會受到很大影響。檢測過程如圖1所示。

檢測統(tǒng)計量T為：
　

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

2.1 檢測模型
認知無線電在檢測頻譜空洞時，通常是通過分析認知用戶感知到的信號中是否存在授權用戶信號，進而判斷感興趣的頻譜是否處于空閑狀態(tài)。因此，頻譜檢測過程可以描述成一個二元檢測問題，檢測模型為：