摘  要： 針對(duì)頻譜檢測(cè)技術(shù)，對(duì)比了三種常見的檢測(cè)方法，通過建立數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)分析，提出了一種改進(jìn)型能量檢測(cè)法。該方法采用了一種新的平均判決量，相對(duì)于經(jīng)典的能量輸出判決量，該平均判決量對(duì)ISM 2.4 GHz復(fù)雜的噪聲信號(hào)有較強(qiáng)的魯棒性，最后用MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)證明了該方法的有效性。
關(guān)鍵詞： 認(rèn)知無(wú)線電；ISM；能量檢測(cè)法

　ISM 2.4 GHz頻段是世界各國(guó)免授權(quán)的公用頻段，各種通信設(shè)備都可以在此頻段上通信，如日常工作中的無(wú)線局域網(wǎng)，醫(yī)療中的無(wú)線個(gè)域網(wǎng)與無(wú)線軀域網(wǎng)，工業(yè)上的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)以及方興未艾的物聯(lián)網(wǎng)和智能家居等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。然而這么多不同的通信設(shè)備工作在同一頻段上，必然會(huì)產(chǎn)生相互間的干擾，對(duì)無(wú)線通信的安全性、可靠性和實(shí)用性帶來了極大的挑戰(zhàn)。因此，研究不同通信系統(tǒng)之間的共存性是一個(gè)至關(guān)重要的問題。認(rèn)知無(wú)線電的工作理念是將不同通信系統(tǒng)間的通信采取頻譜感知、動(dòng)態(tài)分配頻段等技術(shù)，通過檢測(cè)與避讓的方式形成一個(gè)協(xié)調(diào)、統(tǒng)一、有序和不相互干擾的通信系統(tǒng)。這種工作理念能夠處理ISM 2.4 GHz頻段目前通信雜亂無(wú)章的狀態(tài)，將認(rèn)知無(wú)線電的技術(shù)應(yīng)用到ISM 2.4 GHz頻段是未來的發(fā)展方向[1]。
1 認(rèn)知無(wú)線電
　認(rèn)知無(wú)線電最重要、最基礎(chǔ)的技術(shù)是頻譜感知技術(shù)[2]。目前，學(xué)術(shù)界常用的技術(shù)有匹配濾波器檢測(cè)法、循環(huán)頻譜檢測(cè)法和能量檢測(cè)法三種。由于匹配濾波器需要嚴(yán)格的先驗(yàn)信息作為匹配濾波器的參數(shù)設(shè)置，因此無(wú)法適應(yīng)ISM 2.4 GHz頻段眾多信號(hào)類型。循環(huán)頻譜檢測(cè)法不易受到不確定噪聲功率的影響，所以在噪聲環(huán)境中，相對(duì)于其他兩種檢測(cè)方法，循環(huán)頻譜檢測(cè)法有更強(qiáng)的魯棒性，但是循環(huán)頻譜檢測(cè)法計(jì)算復(fù)雜，需要長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)訓(xùn)練，不符合ISM 2.4 GHz快速通信的原則。折中考慮算法的復(fù)雜性和抗噪聲能力，本文采用能量檢測(cè)法進(jìn)行頻譜感知，并提出了一種改進(jìn)的能量檢測(cè)方法，以滿足對(duì)于復(fù)雜的噪聲信號(hào)有強(qiáng)魯棒性的要求。
2 能量檢測(cè)法
　能量檢測(cè)法是一種比較簡(jiǎn)單的信號(hào)非相干檢測(cè)方法。在復(fù)雜的ISM信號(hào)環(huán)境下，相對(duì)于要求準(zhǔn)確先驗(yàn)信息的匹配濾波器檢測(cè)法和需要足夠長(zhǎng)時(shí)間檢測(cè)的循環(huán)檢測(cè)法，能量檢測(cè)法是最佳的檢測(cè)方法[3]。雖然能量檢測(cè)法簡(jiǎn)單，不需要任何的先驗(yàn)信息，但其仍存在固有的缺陷：能量門限的設(shè)置，門限設(shè)置大了，很可能將衰落的、比較微弱的信號(hào)忽略，而將幅度較大的脈沖噪聲或突發(fā)干擾檢測(cè)為信號(hào)；門限設(shè)置小了，則無(wú)法有效排除干擾信號(hào)。本文提出了一種輸出平均判決量，該平均判決量對(duì)噪聲信號(hào)的相關(guān)性小，體現(xiàn)了其抗噪聲的性能，經(jīng)過MATLAB仿真驗(yàn)證顯示，該方法對(duì)信號(hào)噪聲具有較好的魯棒性。
　對(duì)于ISM 2.4 GHz頻段而言，如果接收到的該頻段的信號(hào)經(jīng)過濾波器濾波后只含有噪聲，那么就可以認(rèn)為這個(gè)頻段未被占用；反之，則認(rèn)為信號(hào)中包含著有用信號(hào)。
　在任一時(shí)刻t，假定進(jìn)行頻譜感知的接收機(jī)接收到的信號(hào)可能是下面的兩種情況[4-6]：

　　能量檢測(cè)方法依據(jù)信號(hào)有無(wú)的假設(shè)情況下，根據(jù)接收信號(hào)功率大小的不同對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。由于能量檢測(cè)對(duì)信號(hào)類型沒有限制，因此不需要信號(hào)的任何先驗(yàn)信息，是一種對(duì)未知參數(shù)的確定性信號(hào)的存在性進(jìn)行檢測(cè)的有效方法[10]。
　本文根據(jù)能量檢測(cè)法的一般原理提出了一種改進(jìn)型能量檢測(cè)方法，該方法通過改變輸出判決量達(dá)到減少噪聲干擾的目的，MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)表明，該方法對(duì)于ISM 2.4 GHz頻段復(fù)雜的噪聲信號(hào)具有強(qiáng)的魯棒性，很大程度上優(yōu)化了能量檢測(cè)方法，提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性。
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