认知无线电中基于谱估计的频谱检测技术研究

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1、科f技I论I坛科—技—黑信龙江思——认知无线电中基于谱估计的频谱检测技术研究高翠苑津莎赵建立(华北电力大学电子与通信工程系，河北保定?071003)摘要：认知无线电是一种基于软件无线电的智能的无线通信系统，它能够认知周围环境，并能够通过一定的方法相应地改变某些工作参数来实时地适应环境，从而达到提高频谱利用率、缓解频谱资源紧张的目的。认知无线电的首要任务是检测频谱的空洞。关键词：认知无线电；干扰温度；谱估计；频谱空洞检测1概述数时候，总希望使用那些主瓣窄、带外泄漏小、无线电频谱作为一种宝贵的资源，主要由衰减比较快且频谱函数恒为正值的序列。

2、政府的有关部门授权使用。在这种频谱管理方不同的正交窗是根据期望得到的估计谱的式下，一个频段一般仅授权给一个无线通信系良好统计特性这一标准得到。如果要求谱的能统单独使用。这种静态的无线频谱管理方式，虽量最大化集中在带宽为I_w，wl，就是要求窗然可以简单有效地避免不同无线通信系统间的函数的谱的能量，l~[Jf一lD(／)J最大，这样就相互干扰，但常常导致在某段时问内一些频段得到ThomsonMTM。如果要求估计谱的偏差最使用得非常频繁，而另一些频段却没有用户使小，则要使得局部偏差J，I。(，)最小化，这图1多窗功率谱估计的流程图用的缺陷，

3、从而造成了频谱资源的浪费。认知无样就得到MB和Sinusoidal谱估计方法。其中大似然功率谱估计器的近似。而且，对于宽带信线电技术【怍为一种智能的频谱共享技术，通过D(，)=∑m。号而言，MTM谱估计过程是近最优的。在功率在通信终端上配备能够检测未使用频带的功式(4)中，如果(n)恒为一常数，则该式谱估计中，MTM方法被广泛认为是优于任何非能，在各地区和各个时间段里有效地利用不同就是周期图法的谱估计。由该式得到的估计谱参数谱估计方法(从带宽、偏差、方差角度衡的空闲频道。认知用户比授权用户具有更低的不具有一致性，通常对它进行平滑操作，改

4、善其量)。更为重要的是，和最大似然估计相比，频谱接入优先权，只有在授权用户不使用其频方差性能。将估计谱与一个平滑窗G(f)进行MTM谱估计器具有计算简便的特点。段的情况下，认知用户才能占用该频段进行通卷积，等效于对加窗后的数据自相关函数估计2．2两种方法的比较信。为了避免干扰授权用户的正常通信，如何高进行加窗，称这种方法为功率谱估计的间接法由于N不变，若K增大，则方差减小，w亦效可靠地检测频谱空穴成为认知无线电研究的或称BT法。然而，平滑操作可能使得谱线模增大，即频谱分辨率下降了。而采用WOSA的重要技术。糊；数据窗会给同等有效的数据点

5、加上不同的目的就是为了降低方差，故其方差明显随着分2谱估计方法权值；数据窗也会减小统计效率，即要得到可靠段数Kw的增加而降低。文献『6】的比较中，认知无线电中常用的谱估计算法是多窗的估计所需要的数据点数比理论值要大lsi。多窗WOSA的方差在一定的条件下取得最小，再得口法(MTM)和加权交叠分段平均法(WOSA)。谱估计的流程如图1所示。到其它性能的比较结论，这就意味着对样本数1982年，D．J．Thomson博士在文献[3】中提出了使Thomson在文献【5]中给出了MTM特征谱据所分的段数就较多。用多个正交的离散扁长球序列，进行谱估

6、计，这的算术平均的估计式如果事先确定相邻两小段的相对偏移因就是MTM。经过这种窗函数滤波后的信号在有子，分段数越多，计算量会增大。当然，这一点在限抽样点时的傅立叶变换具有极佳的能量集中善de(n)x(n)e-j2"：5QsDSP硬件技术成熟的今天可以不用考虑。但是，特性，是一种接近最优的方法。这种方法得到的由于每一小段都有交叠，增加分段数就意味着估计谱在偏差和方差性能上能够取得良好的折其中，为窗口数目；(n)为第k阶离散增加了相邻段间数据的相关性，使得方差的降中，同时可以通过调整所使用的窗口数目来改扁长球序列，它是对下面的Toeplit

7、z对称矩阵低不会达到理论的程度。变频谱分辨率。WOSA是由Bartlet和Welch提进行特征值分解所得到的特征向量，即由于WOSA的方差与所分段数Kw成反出来的，他们将抽样得到的有限个样本数据分比，相对来说，频率的影响不是太大。在不考虑一~sin27rx(nW(n-m)d(n)：(m)(4)成若干个可重叠的小段，并对每段加上一定类-m)⋯计算量时，W0SA能够得到方差较好的估计，而型的窗口，再进行周期图的谱估计，最后得到综这里，w为预先设定的带宽，亦即估计谱旁瓣泄漏和频谱分辨率会恶化。另外，增加合的估计谱。这种方法又称为Welch法，

8、它有效的频谱分辨率；特征值～是其对应的特征向量WOSA相邻段之间的相关性(减小n)有助于减地降低了估计谱的方差。(n)在主瓣[一w，wJ上能量的最大值。DPSS小其旁瓣泄漏。在计算量相当，使用窗口数目较2．