一種基于隨機共振系統的高頻信號頻譜感知方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于隨機共振系統的高頻信號頻譜感知方法，這種方法不僅使用了尺度變換的方法，使隨機共振系統適用于高頻主用戶信號的檢測，該方法還將兩個或兩個以上的隨機共振系統級聯，通過級聯隨機共振系統的特性使下級隨機共振系統的輸出信號比上級隨機共振系統的輸出信號更加“光滑”，降低噪聲高頻毛刺對檢測結果的影響，提高主用戶信號的檢測概率以及成功率。
【專利說明】一種基于隨機共振系統的高頻信號頻譜感知方法
【技術領域】
[0001] 本發明提出的一種基于尺度變換的級聯隨機共振系統的高頻信號頻譜感知方法， 適合提高主用戶信號的檢測概率以及成功率，屬于認知無線電領域。
【背景技術】
[0002] 最近幾年來，信號檢測科學在不停的進步與發展，信號檢測是指對微弱信號處于 強環境噪聲下的提取、檢測。目前，對于信號檢測，國內外各研究者都提出了自己的方法， 比如噪聲濾波、信號放大以及最佳匹配檢測等等。但是，對于微弱信號的檢測還有信號處 于強噪聲環境下的檢測，傳統的信號檢測方法就往往束手無策。目前，相關研究表明使 用非線性的理論和技術可以較為有效地處理微弱信號的檢測問題，特別是隨機共振理論 (stochastic resonance, SR)理論以及混沛（chaos)理論，為信號檢測尤其是微弱信號的 檢測提供了新的方法。隨機共振理論說明了一種非線性的原理，即一個較為微弱的信號被 較強噪聲包圍的情況下，如果通過一個非線性系統，且微弱信號、環境噪聲以及非線性系統 三者達到某種匹配關系時，環境噪聲的能量會向微弱信號的能量轉移，換句話說，微弱信號 的能量增強的同時環境噪聲的能量減弱了，這就可以提高混合信號的信噪比。
[0003] 隨機共振理論用于微弱信號檢測、處理時與其他信號檢測方法的共同點是最終目 標都是為了提高采樣混合信號的信噪比，便于檢測出微弱信號。而最大的不同點是隨機共 振理論利用噪聲，并使噪聲能量發生轉移，而與此相反的是，傳統的信號檢測方法大部分是 通過削弱噪聲或者隔離噪聲的方式。隨機共振原理對噪聲不同的利用方式為微弱信號的檢 測問題提供了新的思路。
[0004] 然而，根據線性響應理論以及絕熱近似理論，傳統的隨機共振系統只適用于低頻 周期主用戶信號的檢測，雖然有自適應算法，使隨機共振系統適用于不同噪聲強度的環境， 但是一旦主用戶信號的頻率變為較高頻（頻率大于1Hz)，隨機共振原理就不再適用于信號 的檢測。這就需要引入尺度變換的方法，使傳統的隨機共振系統適用于高頻主用戶信號的 檢測。然而，傳統的尺度變換方法會降低認知用戶的采樣步長，這就對采樣精度以及采樣速 率提出了更高的要求，同時，更小的采樣周期意味著頻譜感知會更容易受到隨機共振系統 輸出信號中高頻噪聲毛刺的影響。
【發明內容】
[0005] 技術方案：基于隨機共振系統的高頻信號頻譜感知方法檢測高頻主用戶信號時 的主要步驟如下所示 ：
[0006] 1).認知用戶對周圍環境進行感知，將采樣到的混合信號送往融合中心；
[0007] 2).融合中心對混合信號中可能存在的主用戶信號頻率加以估計；
[0008] 3).按照尺度變換的流程對混合信號進行放大，并對各級隨機共振系統的參數加 以調整；
[0009] 4).融合中心將采樣混合信號送往級聯的隨機共振系統，進行處理；
[0010] 5).對第二級隨機共振系統的輸出進行快速傅立葉變換，并使用傳統的頻譜感知 算法對主用戶信號進行檢測。
[0011] 有益效果：本發明與現有技術相比，具有以下優點：
[0012] 針對傳統隨機共振系統不適用于檢測高頻信號的問題，該方法首先利用尺度變 換，使隨機共振系統適用于高頻主信號檢測，同時減少了感知時間，提高了感知效率。然后 針對隨機共振系統輸出信號進行進一步處理，使高頻信號分量進一步減少，使輸出信號更 加"光滑"，提高了對主用戶信號的檢測概率和成功率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1本發明的η級級聯隨機共振系統模型。
[0014] 圖2本發明的基于隨機共振的高頻信號頻譜感知方法流程。 具體實施方案
[0015] 1.尺度變換
[0016] 把數學中尺度變換的方法引入到隨機共振原理中，使傳統的隨機共振系統適用于 實際無線通信環境中高頻主用戶信號的檢測與處理。
[0017] 若將隨機共振原理應用到頻譜感知中，可以用s(t) = Acoscot表示待感知的微弱 周期主用戶信號，其中A表示主用戶信號的振幅，ω表示主用戶信號的頻率。Γ (t)表示認 知用戶周圍均值為〇、噪聲強度為D的高斯白噪聲，x(t)表示經過隨機共振系統處理后的采 樣混合信號，a、b為隨機共振系統的兩個可變參數。
[0018] 對應的隨機共振系統模型如下所示：
[0019]
【權利要求】
1. 一種基于隨機共振系統的高頻信號頻譜感知方法，其特征在于檢測高頻主用戶信號 時包括以下步驟： 步驟1:認知用戶對周圍環境進行感知，將采樣到的混合信號送往融合中心； 步驟2 :融合中心對混合信號中可能存在的主用戶信號頻率加以估計； 步驟3 :按照尺度變換的流程對混合信號進行放大，并對各級隨機共振系統的參數加 以調整； 步驟4 :融合中心將采樣混合信號送往級聯的隨機共振系統，進行處理； 步驟5 :對第二級隨機共振系統的輸出進行快速傅立葉變換，并使用傳統的頻譜感知 方法對主用戶信號進行檢測。
2. 根據權利要求1所述的一種基于隨機共振系統的高頻信號頻譜感知方法，其特征在 于步驟3中的尺度變換為：首先選取一組最佳隨機共振系統參數作為尺 度變換的參照依據；再對待感知的混合采樣信號進行快速傅立葉變換，估算出混合信 號中可能存在的主用戶信號的頻率f ;調整參數a，b以及采樣步長h ;推得歸一化尺度變換 等價于將主用戶信號幅值變為原來的
I，而環境噪聲的方差變為原來的2b/a3倍。
3. 根據權利要求1或2所述的一種基于隨機共振系統的高頻信號頻譜感知方法，其特 征在于步驟3中的級聯的隨機共振系統為：多級級聯的隨機共振系統，可以看作為n個傳統 隨機共振系統的串聯，上一級隨機共振系統的輸出作為下一級隨機共振系統的輸出。
【文檔編號】G01R23/16GK104280611SQ201410444311
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月2日 優先權日:2014年9月2日
【發明者】冒瑋, 孫輝, 張登銀 申請人:南京郵電大學
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