認(rèn)知無(wú)線電中對(duì)干擾信號(hào)源的定位

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1、認(rèn)知無(wú)線電中對(duì)干擾信號(hào)源的定位第34卷第6期2010年l1月燕山大學(xué)VO1.34NO.6文章編號(hào):1007—791X(2010)06-0542—04認(rèn)知無(wú)線電中對(duì)干擾信號(hào)源的定位靳平,許成謙(燕山大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,河北秦皇島066004)摘要:當(dāng)認(rèn)知用戶接入主用戶系統(tǒng)時(shí)將對(duì)主用戶產(chǎn)生干擾.確定產(chǎn)生干擾的認(rèn)知用戶的位置能更好地進(jìn)行基站布署,從而最大限度地避免這種干擾,使頻譜得到有效利用.本文主要給出了一種改進(jìn)的MUSIC算法對(duì)相干的干擾認(rèn)知用戶進(jìn)行定位,即利用前后向空間平滑的修正矩陣進(jìn)行矩陣的重構(gòu),再分解其重構(gòu)矩陣,最后利用波束空間的MUSIC算法減少譜

2、峰搜索中的計(jì)算量.通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真證明了此方法的有效性.關(guān)鍵詞:認(rèn)知無(wú)線電;改進(jìn)MUSIC算法;相干信號(hào)中圖分類號(hào):TN972文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ADOI:10.3969/j.issn.1007-791X.2010.06.0110引言無(wú)線通信頻譜是一種有限的寶貴資源,如何充分利用空閑的頻譜,提高頻譜利用率成為人們非常關(guān)注的問(wèn)題,為了解決這個(gè)問(wèn)題,人們提出了認(rèn)知無(wú)線電(CognitiveRadio,CR).在認(rèn)知無(wú)線電中人們主要進(jìn)行了對(duì)頻譜空洞的感知和干擾抑制等方面的研究,但對(duì)于干擾信號(hào)源的定位也是人們亟待解決的問(wèn)題,研究干擾信號(hào)源位置的主要目的是以便在沒(méi)有其它系統(tǒng)干擾

3、的情況下部署基站,從而更好地利用頻譜資源.根據(jù)文獻(xiàn)[1]中對(duì)智能天線技術(shù)應(yīng)用于認(rèn)知無(wú)線電的可行性分析可知,智能天線中對(duì)波達(dá)方向估計(jì)的算法也可用于認(rèn)知無(wú)線電中對(duì)信號(hào)源波達(dá)方向的估計(jì),對(duì)于干擾信號(hào)的定位可應(yīng)用波達(dá)方向估計(jì)算法中的一些定位算法.關(guān)于信號(hào)源的定位系統(tǒng)可以分為兩類,定向(DirectionFinding,DF)系統(tǒng)和定距(Range—Based)系統(tǒng).這兩種可單獨(dú)使用也可結(jié)合使用.定向系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量信號(hào)的波達(dá)方向(DirectionofArriva1)或者波達(dá)角度(AngleofArriva1)來(lái)估計(jì)目標(biāo)的位置.對(duì)波達(dá)方向估計(jì)的算法主要有MU-SIC口(

4、MultipleSignalClassification,多重信號(hào)分類)算法和ESPRIT(EstimationofSignalFarame—tersviaRotationalInvarianceTechnique,旋轉(zhuǎn)不變子空間)算法.對(duì)于相干的干擾信號(hào)源波達(dá)方向的求解本文采用了改進(jìn)的MUSIC算法,并且本文采用波束空間的MUSIC算法來(lái)減少計(jì)算量.1信號(hào)模型假設(shè)多波束天線陣的陣元數(shù)是m個(gè),存在價(jià)窄帶遠(yuǎn)場(chǎng)干擾信號(hào)(砌)從0,02,…,向以頻率∞入射到饋源陣,假設(shè)進(jìn)行n次快拍,包括俯仰角和方位角,表示為"=[,砌,(1)使用復(fù)包絡(luò)表示,第i個(gè)饋源在t時(shí)接收的

5、信號(hào)可以表示為dX(=∑(+(,),(2)扣1式中,(是第價(jià)饋源接收到的合成信號(hào),ai(是第i個(gè)饋源對(duì)來(lái)自方向信號(hào)的響應(yīng),(是第個(gè)干擾信號(hào)源產(chǎn)生的信號(hào),(,)是第價(jià)陣元的噪聲.使用矢量表示,陣列在t時(shí)刻接收到的復(fù)信號(hào)矢量為=().f)十,)(3)其中,f)=[(f)x2(t)…(f)]為陣列快拍數(shù)據(jù)收稿日期:2010—05—31作者簡(jiǎn)介:靳平(1983一),女,河南新鄉(xiāng)人,碩士,主要研究方向?yàn)檎J(rèn)知無(wú)線電;通信作者:許成謙(1961一),男,陜西城固人,教授,博士生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)榫幋a理論,密碼學(xué),號(hào)設(shè)計(jì)等,Email:cqxu@ysu.edu.cn.第6

6、期靳平等認(rèn)知無(wú)線電中對(duì)干擾信號(hào)源的定位543矢量;=.(f)s2(t)…]為空間信號(hào)矢量;Ⅳ(f)=[.(Dn2(t)…(]為陣列噪聲矢量;(=[()a(O2)…(]為陣列流型矩陣(導(dǎo)向矢量矩陣).(的列矢量廈()即導(dǎo)向矢量表示多波束天線對(duì)蚧輻射信號(hào)的響應(yīng)特性,即a(O3=[a.(:(…%(],k=-I,2,…,d,(4)DOA(波達(dá)方向)估計(jì)技術(shù)的目的就是從接收到的d維信號(hào)矢量矩陣搜索由表示的o=-[o.,02,…,表示的骱來(lái)波方向.的那些特征值對(duì)應(yīng)的特征矢量最接近正交的陣列方向?qū)б噶?由此估計(jì)出與接收信號(hào)相關(guān)的方向?qū)б噶?從而得到信號(hào)的DOA估計(jì)值.

7、包含噪聲特征矢量的矩陣為(鼽,…,qm-I).因?yàn)閷?duì)應(yīng)于信號(hào)矢量的方向?qū)б噶颗c噪聲子空間特征矢量相互正交,多個(gè)入射信號(hào)的DOA估計(jì)值就可以通過(guò)確定MUSIC空間譜的峰值而作出估計(jì),這些峰值由下式給出UNU"~a(O).2經(jīng)典MusIc算法3對(duì)認(rèn)知無(wú)線電中的干擾信號(hào)進(jìn)行定位MUSIC算法H由Schmidt提出,是一種基于特征結(jié)構(gòu)的高分辨率DOA算法,此方法是基于接收信號(hào)相關(guān)矩陣的以下兩個(gè)特性:①相關(guān)矩陣的特征向量張成的矢量空間可以分為兩個(gè)部分,信號(hào)子空間和噪聲子空間;②不同方向信號(hào)源對(duì)應(yīng)的陣列流型矢量與噪聲子空間正交.由于噪聲子空間與信號(hào)子空間互相正交,所以

8、這些陣列流型矢量就包含在信號(hào)子空間中.需要指出,噪聲