一种基于时域能量与频域谱熵的频谱感知方法及装置.pdf

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1、10申请公布号CN104125579A43申请公布日20141029CN104125579A21申请号201410386188822申请日20140807H04W16/14200901H04B17/0020060171申请人桂林电子科技大学地址541004广西壮族自治区桂林市金鸡路1号72发明人肖海林刘彩丽王成旭贺栋梁胡立坤许旻闫坤74专利代理机构桂林市持衡专利商标事务所有限公司45107代理人陈跃琳54发明名称一种基于时域能量与频域谱熵的频谱感知方法及装置57摘要本发明公开一种基于时域能量与频域谱熵的频谱感知方法及装置，先联合能量检测与频域谱熵检测进行检测，当信噪比较大或信道状况较差时，进行。

2、时域能量检测；否则，进行频域谱熵检测。再根据检测结果形成空闲频段的能量池、谱熵池，池内分别按统计值大小排列，可对空闲频段信道状态的进行初次估计，有利于认知用户灵活地选择空闲频段进行通信。这样有效减少了频谱检测受噪声不确定性的影响，提高了检测准确度。此外，还采用自适应双门限法，根据检测情况自适应地调整高低门限值，这不仅降低了误判概率，提高了检测准确度，而且减少了需要重新进行频域检测的次数，降低了检测时秏，从而延长了认知用户数据传输时间。51INTCL权利要求书4页说明书9页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书4页说明书9页附图2页10申请公布号CN104125579。

3、ACN104125579A1/4页21一种基于时域能量与频域谱熵的频谱感知方法，其特征是，包括如下步骤1在频段池存储器的每一个存储单元中存放一个控制射频前端工作在某一个频段的频率控制字；2频段池存储器输出第一个频率控制字给射频前端，并控制射频前端工作在第一个频率控制字所对应的频段，射频前端接收该频段内的信号；3设定时域高门限H、时域低门限L和频域门限值；4对射频前端输出的数字信号进行时域和频域的联合检测；先采用能量检测法计算射频前端输出的数字信号的时域统计能量值T；并将时域统计能量值T与预先设定的时域门限H、L进行比较判决；若时域统计能量值T大于或等于H，即TH时，则判决主用户存在，即频段占用。

4、；此时，给频段池存储器发送一个控制信号，以使频段池存储器输出下一个频率控制字给射频前端，让射频前端工作在下一个频率控制字所对应的频段，并进行下一频段的检测；若时域统计能量值T小于或等于L，即TH时，则判决主用户不存在，即频段空闲，并将此空闲频段的时域统计能量值T与其对应的频率控制字进行数据组合后，送入能量池存储器的第一个存储单元存储；存储完后，给频段池存储器发送一个控制信号，以使频段池存储器输出下一个频率控制字给射频前端，进行下一频段的检测；若时域统计能量值T大于L且小于H，即T属于区间L,H时，则不做任何判决；此时，再采用频域谱熵检测法计算射频前端输出的数字信号的频域统计谱熵值H；并将该频域。

5、统计谱熵值H与设定的频域门限值进行比较判决；当频域统计谱熵值H小于频域门限值，即H时，则判决主用户存在，即频段占用；此时，给频段池存储器发送一个控制信号，以使频段池存储器输出下一个频率控制字给射频前端，让射频前端工作在下一个频率控制字所对应的频段，并进行下一频段的检测；当频域统计谱熵值H大于或等于频域门限值，即H时，则判决主用户不存在，即频段空闲，并将此空闲频段的频域统计谱熵值H与其对应的频率控制字进行数据组合后，送入谱熵池存储器；存储完后，给频段池存储器发送一个控制信号，以使频段池存储器输出下一个频率控制字给射频前端，进行下一频段的检测；5频段池存储器根据步骤4中给出的控制信号依次输出频率控。

6、制字给射频前端，所计算的时域统计能量值T与其对应频段的频率控制字组合而成的数据按依次存入能量池存储器，所计算的频域统计谱熵值H与其对应频段的频率控制字组合而成的数据依次存入谱熵池存储器；直至检测完频段池存储器中所有频率控制字相对应的频段；6当认知用户需要使用空闲频段进行通信时，认知用户先选择能量池存储器内所存储的空闲频段进行通信；当能量池存储器内的空闲频段全被选择完后，再选择使用谱熵池存储器内所存储的空闲频段进行通信。2根据权利要求1所述的一种基于时域能量与频域谱熵的频谱感知方法，其特征是，所述步骤6进一步包括对能量池存储器和/或谱熵池存储器内的数据进行排序的过程，即将能量池存储器内的数据按照。

7、时域统计能量值T的大小进行由小到大排序和/或对谱熵池存储器内的数据按照频域统计谱熵值H的大小进行由大到小排序；此时，当认知用户需要使用空闲频段进行通信时，认知用户先选择能量池存储器内时域统计能量值T小的数权利要求书CN104125579A2/4页3据所对应的频段进行通信；当能量池存储器内对应的频段全被选择完后，再选择使用谱熵池存储器内频域统计谱熵值H大的数据所对应的频段进行通信。3根据权利要求1所述的一种基于时域能量与频域谱熵的频谱感知方法，其特征是，所述步骤3还进一步包括根据设定的最大次数值CMAX或最小次数值CMIN，自适应地调整时域高门限H和时域低门限L的步骤；即时域统计能量值T每落入L。

8、,H内一次,则让计数器累加计数一次；而若当前检测频段的时域统计能量值T处于L,H内，而下一次检测频段的时域统计能量值T处于L,H之外，则计数器的计数不再累加，且计数器的计数清零；一旦计数器内的计数值达到最大次数值CMAX时，计数器则发出信号对时域高门限H和/或时域低门限L的大小进行调整，以缩短两门限之间的距离，同时将计数器清零，开始等待重新计数；一旦计数器内的计数值小于最小次数值CMIN时，计数器则发出信号对时域高门限H和/或时域低门限L的大小进行调整，以增大两门限之间的距离，同时将计数器清零，开始等待重新计数。4根据权利要求1所述的一种基于时域能量与频域谱熵的频谱感知方法，其特征是，所述步骤。

9、3还进一步包括根据设定门限调整因子，并利用恒虚警概率法则确定时域高门限H、时域低门限L和频域门限值的步骤；即HL2Q11PF式中，H为时域高门限；L为时域低门限；为频域门限值；为门限调整因子；为预估的高斯白噪声方差；PF为预设的虚警概率；Q函数为Q1为Q函数的反函数；N为预设的时域采样点数；2为预估的高斯白噪声的谱熵方差；HL为高斯白噪声的理论谱熵值，C为欧拉常数，L为熵的柱状图估计中划分的子区间个数。5根据权利要求1所述的一种基于时域能量与频域谱熵的频谱感知方法，其特征是所述步骤4中，采用能量检测法计算射频前端输出的数字信号的时域统计能量值T的过程具体为A将射频前端输出的数字信号XN求平方，。

10、得到X2N；B对X2N进行累加，得到C求累加后的平均值，得到该平均值即为信号的时域统计能量值T；即权利要求书CN104125579A3/4页4上述N1,2,N,N为预设的时域采样点数。6根据权利要求1所述的一种基于时域能量与频域谱熵的频谱感知方法，其特征是所述步骤4中，采用频域谱熵检测法计算射频前端输出的数字信号的频域统计谱熵值H的过程具体为A对射频前端输出的数字信号XN进行NF点快速傅里叶变换，将傅里叶变换的结果的实部XRELK和虚部XIMAK分别进行平方运算，求得实部的平方和虚部的平方最后将和相加，即得到信号的频谱功率密度YK；即B求得频谱功率密度YK后，采用熵的柱状图估计算法估计频谱功率。

11、密度谱YK的谱熵值H，即首先，对频谱功率密度YK序列逐个进行比较，获取其最大值YMAX和最小值YMIN；然后，根据频谱功率密度YK序列的最大值YMAX和最小值将YMIN形成YMAX,YMIN区间，并将此区间YMAX,YMIN平均划分为L个子区间，则每个子区间长度为最后，将频谱功率密度YK序列进行大小比较，判断其处于哪一个子区间内，并统计数据频谱功率密度序列YK落入第I个子区间的个数NI，则频谱功率密度YK的频域统计谱熵值H计算公式如下上述K1,2,3,NF，NF为预设的频域采样点数；I1,2,L,L为划分的子区间个数；1LNF。7基于权利要求1所述频谱感知方法的一种基于时域能量与频域谱熵的频谱。

12、感知装置，其特征是主要由频段池存储器、射频前端、A/D转换模块、时域能量检测模块、频域谱熵检测模块、能量值比较器、时域双门限判决模块、频域门限判决模块、能量池存储器和谱熵池存储器组成；其中频段池存储器的输出端经射频前端与A/D转换模块的输入端相连，A/D转换模块的输出端分为两路，其中一路连接时域能量检测模块的输入端，另一路连接频域谱熵检测模块的输入端；时域能量检测模块的输出端经能量值比较器连接时域双门限判决模块的输入端；能量值比较器的输出端分为两路，其中一路与时域双门限判决模块的输入端相连，另一路与频域谱熵检测模块的输入端相连；频域谱熵检测模块的输出端与频域门限判决模块的输入端相连；时域双门限。

13、判决模块的输出端分为两路，其中一路连接能量池存储器的输入端，另一路与频段池存储器的输入端相连；频域门限判决模块的输出端分为两路，其中一路与谱熵池存储器的输入端相连，另一路与频段池存储器的输入端相连。权利要求书CN104125579A4/4页58根据权利要求7所述一种基于时域能量与频域谱熵的频谱感知装置，其特征是还进一步包括双门限自适应调整模块和计数器；能量值比较器的又一输出端经计数器与双门限自适应调整模块的输入端相连；双门限自适应调整模块的输出端连接能量值比较器的输入端。9根据权利要求8所述一种基于时域能量与频域谱熵的频谱感知装置，其特征是所述自适应双门限调整模块包括比较器、加或减法器、乘法器。

14、和除法器；其中比较器的输入端连接计数器的输出端，比较器的输出端与加或减法器的输入端相连，加或减法器的输出端分为两路，其中一路与乘法器相连，另一路与除法器的输入端相连；乘法器输出时域高门限值，时域低门限值由除法器的输出端输出。权利要求书CN104125579A1/9页6一种基于时域能量与频域谱熵的频谱感知方法及装置技术领域0001本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于时域能量与频域谱熵的频谱感知方法及装置。背景技术0002随着无线通信的快速发展，人们对无线业务的需求也不断增长。然而有限的频谱和低效固定的频谱分配政策导致了频谱资源的日益匮乏，频谱资源的稀缺成为了制约无线通信技术发展的瓶颈之一。从。

15、目前频谱利用率来看，相当多的授权频段都未被使用，造成了所谓的“频谱空洞”。一种智能的无线通信技术认知无线电频谱感知技术应运而生。认知无线电频谱感知技术通过实时监测目标频段，在对主用户不造成任何干扰的前提下，允许认知用户“伺机”使用空闲频段。若一旦出现主用户重新使用该频段，认知用户则及时退出。频谱感知技术是认知无线电中的关键技术之一，如何快速和准确地检测出空闲频段是频谱感知所需解决的关键技术问题。0003能量检测法是目前使用最广泛的频谱感知方法，无需知晓知主用户信号的任何先验知识，其实时性好，方法简单而易于实现，但受噪声不确定性影响大，具有信噪比墙情况。信噪比墙成为了限制能量检测性能的瓶颈，而频。

16、域谱熵检测能够有效解决这一问题。0004频域谱熵检测法应用于认知无线电频谱感知技术是一个新的研究命题。其根本在于目前频谱感知技术中普遍存在的系统噪声不确定性测度或者复杂性测度需求。当频谱占用时，接收信号由背景噪声和主用户信号组成，其谱熵值要远小于只存在背景噪声频谱空闲的谱熵值。因此，利用主用户信号的有无两种情况下谱熵值之间的差异，无需噪声功率，可以检测到主用户是否存在。且其检测准确度高，具有高的鲁棒性，无需知晓主用户信号的任何先验知识。但频域谱熵检测法，增加了快速傅里叶变换和谱熵估计。相对于时域能量检测来说，数据处理量较大，硬件复杂度较高。发明内容0005本发明所要解决的技术问题是提供一种基于。

17、时域能量与频域谱熵的频谱感知方法及装置，其具有检测准确度高和检测时秏低的特点。0006为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的0007一种基于时域能量与频域谱熵的频谱感知方法，包括如下步骤00081在频段池存储器的每一个存储单元中存放一个控制射频前端工作在某一个频段的频率控制字；00092频段池存储器输出第一个频率控制字给射频前端，并控制射频前端工作在第一个频率控制字所对应的频段，射频前端接收该频段内的信号；00103设定时域高门限H、时域低门限L和频域门限值；00114对射频前端输出的数字信号进行时域和频域的联合检测；0012先采用能量检测法计算射频前端输出的数字信号的时域统计能量值T。

18、；并将时域说明书CN104125579A2/9页7统计能量值T与预先设定的时域门限H、L进行比较判决；0013若时域统计能量值T大于或等于H，即TH时，则判决主用户存在，即频段占用；此时，给频段池存储器发送一个控制信号，以使频段池存储器输出下一个频率控制字给射频前端，让射频前端工作在下一个频率控制字所对应的频段，并进行下一频段的检测；0014若时域统计能量值T小于或等于L，即TH时，则判决主用户不存在，即频段空闲，并将此空闲频段的时域统计能量值T与其对应的频率控制字进行数据组合后，送入能量池存储器的第一个存储单元存储；存储完后，给频段池存储器发送一个控制信号，以使频段池存储器输出下一个频率控制。

19、字给射频前端，进行下一频段的检测；0015若时域统计能量值T大于L且小于H，即T属于区间L,H时，则不做任何判决；此时，再采用频域谱熵检测法计算射频前端输出的数字信号的频域统计谱熵值H；并将该频域统计谱熵值H与设定的频域门限值进行比较判决；0016当频域统计谱熵值H小于频域门限值，即H时，则判决主用户存在，即频段占用；此时，给频段池存储器发送一个控制信号，以使频段池存储器输出下一个频率控制字给射频前端，让射频前端工作在下一个频率控制字所对应的频段，并进行下一频段的检测；0017当频域统计谱熵值H大于或等于频域门限值，即H时，则判决主用户不存在，即频段空闲，并将此空闲频段的频域统计谱熵值H与其对。

20、应的频率控制字进行数据组合后，送入谱熵池存储器；存储完后，给频段池存储器发送一个控制信号，以使频段池存储器输出下一个频率控制字给射频前端，进行下一频段的检测；00185频段池存储器根据步骤4中给出的控制信号依次输出频率控制字给射频前端，所计算的时域统计能量值T与其对应频段的频率控制字组合而成的数据按依次存入能量池存储器，所计算的频域统计谱熵值H与其对应频段的频率控制字组合而成的数据依次存入谱熵池存储器；直至检测完频段池存储器中所有频率控制字相对应的频段；00196当认知用户需要使用空闲频段进行通信时，认知用户先选择能量池存储器内所存储的空闲频段进行通信；当能量池存储器内的空闲频段全被选择完后，。

21、再选择使用谱熵池存储器内所存储的空闲频段进行通信。0020所述步骤6进一步包括对能量池存储器和/或谱熵池存储器内的数据进行排序的过程，即将能量池存储器内的数据按照时域统计能量值T的大小进行由小到大排序和/或对谱熵池存储器内的数据按照频域统计谱熵值H的大小进行由大到小排序；此时，当认知用户需要使用空闲频段进行通信时，认知用户先选择能量池存储器内时域统计能量值T小的数据所对应的频段进行通信；当能量池存储器内对应的频段全被选择完后，再选择使用谱熵池存储器内频域统计谱熵值H大的数据所对应的频段进行通信。0021所述步骤3还进一步包括根据设定的最大次数值CMAX或最小次数值CMIN，自适应地调整时域高门。

22、限H和时域低门限L的步骤；即0022时域统计能量值T每落入L,H内一次,则让计数器累加计数一次；而若当前检测频段的时域统计能量值T处于L,H内，而下一次检测频段的时域统计能量值T处于L,H之外，则计数器的计数不再累加，且计数器的计数清零；0023一旦计数器内的计数值达到最大次数值CMAX时，计数器则发出信号对时域高门限H和/或时域低门限L的大小进行调整，以缩短两门限之间的距离，同时将计数器清零，开始等待重新计数；说明书CN104125579A3/9页80024一旦计数器内的计数值小于最小次数值CMIN时，计数器则发出信号对时域高门限H和/或时域低门限L的大小进行调整，以增大两门限之间的距离，同。

23、时将计数器清零，开始等待重新计数。0025所述步骤3还进一步包括根据设定门限调整因子，并利用恒虚警概率法则确定时域高门限H、时域低门限L和频域门限值的步骤；即002600270028HL2Q11PF0029式中，H为时域高门限；L为时域低门限；为频域门限值；为门限调整因子；为预估的高斯白噪声方差；PF为预设的虚警概率；Q函数为Q1为Q函数的反函数；N为预设的时域采样点数；2为预估的高斯白噪声的谱熵方差；HL为高斯白噪声的理论谱熵值，C为欧拉常数，L为熵的柱状图估计中划分的子区间个数。0030所述步骤4中，采用能量检测法计算射频前端输出的数字信号的时域统计能量值T的过程具体为0031A将射频前端。

24、输出的数字信号XN求平方，得到X2N；0032B对X2N进行累加，得到0033C求累加后的平均值，得到该平均值即为信号的时域统计能量值T；即00340035上述N1,2,N,N为预设的时域采样点数。0036所述步骤4中，采用频域谱熵检测法计算射频前端输出的数字信号的频域统计谱熵值H的过程具体为0037A对射频前端输出的数字信号XN进行NF点快速傅里叶变换，将傅里叶变换的结果的实部XRELK和虚部XIMAK分别进行平方运算，求得实部的平方和虚部的平方最后将和相加，即得到信号的频谱功率密度YK；即00380039B求得频谱功率密度YK后，采用熵的柱状图估计算法估计频谱功率密度谱YK的谱熵值H，即0。

25、040首先，对频谱功率密度YK序列逐个进行比较，获取其最大值YMAX和最小值YMIN；说明书CN104125579A4/9页90041然后，根据频谱功率密度YK序列的最大值YMAX和最小值将YMIN形成YMAX,YMIN区间，并将此区间YMAX,YMIN平均划分为L个子区间，则每个子区间长度为00420043最后，将频谱功率密度YK序列进行大小比较，判断其处于哪一个子区间内，并统计数据频谱功率密度序列YK落入第I个子区间的个数NI，则频谱功率密度YK的频域统计谱熵值H计算公式如下00440045上述K1,2,3,NF，NF为预设的频域采样点数；I1,2,L,L为划分的子区间个数；1LNF。00。

26、46基于上述频谱感知方法的一种基于时域能量与频域谱熵的频谱感知装置，主要由频段池存储器、射频前端、A/D转换模块、时域能量检测模块、频域谱熵检测模块、能量值比较器、时域双门限判决模块、频域门限判决模块、能量池存储器和谱熵池存储器组成；其中频段池存储器的输出端经射频前端与A/D转换模块的输入端相连，A/D转换模块的输出端分为两路，其中一路连接时域能量检测模块的输入端，另一路连接频域谱熵检测模块的输入端；时域能量检测模块的输出端经能量值比较器连接时域双门限判决模块的输入端；能量值比较器的输出端分为两路，其中一路与时域双门限判决模块的输入端相连，另一路与频域谱熵检测模块的输入端相连；频域谱熵检测模块。

27、的输出端与频域门限判决模块的输入端相连；时域双门限判决模块的输出端分为两路，其中一路连接能量池存储器的输入端，另一路与频段池存储器的输入端相连；频域门限判决模块的输出端分为两路，其中一路与谱熵池存储器的输入端相连，另一路与频段池存储器的输入端相连。0047上述频谱感知装置还进一步包括双门限自适应调整模块和计数器；能量值比较器的又一输出端经计数器与双门限自适应调整模块的输入端相连；双门限自适应调整模块的输出端连接能量值比较器的输入端。0048上述频谱感知装置中，所述自适应双门限调整模块包括比较器、加或减法器、乘法器和除法器。其中比较器的输入端连接计数器的输出端，比较器的输出端与加或减法器的输入端。

28、相连，加或减法器的输出端分为两路，其中一路与乘法器相连，另一路与除法器的输入端相连；乘法器输出时域高门限值，时域低门限值由除法器的输出端输出。0049上述频谱感知装置中，所述时域能量检测模块包括时域平方运算器、累加求和器和取平均计算器。其中时域平方运算器的输入端连接A/D转换模块的输出端,时域平方运算器的输出端连接累加求和器的输入端，累加求和器的输出端连接取平均计算器的输入端，取平均计算器的输出端连接时域双门限判决模块。0050上述频谱感知装置中，所述频域谱熵检测模块包括快速傅里叶变换器、频域平方运算器、加法器和谱熵估计器。其中快速傅里叶变换器的输入端连接A/D转换模块的输出端,快速傅里叶变换。

29、器的输出端连接频域平方运算器的输入端,频域平方运算器的输出端与加法器的输入端相连，加法器的输出端经谱熵估计器与频域门限判决模块的输入端相说明书CN104125579A5/9页10连。0051与现有技术相比，本发明具有如下特点00521采用自适应双门限法，根据检测情况自适应地调整高低门限值，该方法简单易行。相较于固定双门限值，不仅降低了误判概率，提高了检测准确度，而且减少了需要重新进行频域检测的次数，降低了检测时秏，从而延长了认知用户数据传输时间。00532联合能量检测与频域谱熵检测进行检测，有效减少了频谱检测受噪声不确定性的影响，提高了检测准确度。当信噪比较大或信道状况较差时，进行时域能量检测。

30、；否则，进行频域谱熵检测。相对于其他联合检测方法，数据处理量小，硬件复杂度低，简单实用。00543根据检测结果形成空闲频段的能量池和谱熵池，池内分别按统计值大小排列，可对空闲频段信道状态的进行初次估计，有利于认知用户灵活地选择空闲频段进行通信。附图说明0055图1为一种基于时域能量与频域谱熵的频谱感知方法的原理框图。0056图2为时域能量检测模型图。0057图3为自适应双门限调整模块实现框图。0058图4为频域谱熵检测模型图。0059图5为谱熵估计器实现框图。具体实施方式0060一种基于时域能量与频域谱熵的频谱感知方法，如图1所示，包括如下步骤00611首先建立一个频段池存储器，即存储器0，存。

31、储器0内的每一个存储单元存放一个控制射频前端工作在某一个频段的频率控制字，频率控制字对应射频前端工作频段的中心频率。存储器0输出第一个频率控制字给射频前端，以控制射频前端工作在第一个频率控制字所对应的频段。之后，射频前端工作在此频段。00622射频前端输出信号给A/D转换模块，A/D转换模块将其输出数字信号发送给能量检测模块。用于实现输出信号的数字化转化的A/D转换模块可以内置于射频前端中，也可以单独存在于射频前端之外。当A/D转换模内置于射频前端时，射频前端直接输出数字信号；当A/D转换模外置于射频前端时，射频前端输出的信号需要经过该A/D转换才变为数字信号。在本发明优选实施例中，A/D转换。

32、模独立于射频前端之外，即A/D转换模连接在射频前端的输出端上。00633先确定时域高低门限H、L和频域门限值，再通过设定门限调整因子、最大次数值CMAX和最小次数值CMIN来自适应地调整时域低门限H和时域低门限L。其包括0064A确定高低门限值。设定门限调整因子的初值确定时域高门限值H和时域低高门限值L，以进行第一次双门限能量检测。0065首先，根据恒虚警概率法则获得时域能量检测的门限值T，其计算公式如下00660067式中，为预估的高斯白噪声方差，N为预设的时域采样点数，PF为预设的虚警概说明书CN104125579A106/9页11率，Q1为Q函数的反函数,Q函数为0068第一次能量检测之。

33、后，时域高门限值H和时域低门限值L分别由式HT,LT/计算获得，并设10LOG。0069接着，门限调整因子将根据计数器发送的控制信号自适应地调整时域高低门限H、L。即当连续检测到时域能量值落入高低门限范围内的次数D达到最大次数值CMAX时，将减小05DB适度降低门限调整因子的值，即缩短两门限之间的距离，以减少因为两门限距离过大而造成不必要的频域检测，降低检测时秏；当D小于最小次数值CMIN时，将增大05DB适度增大门限调整因子的值，即增大两门限之间的距离，以降低因门限距离过小，本需要重新进行频域检测但未能进行而直接判定检测结果所导致的误判概率，从而提高整体检测准确度。其中，门限调整因子的值控制。

34、在13范围之内。0070特别地，当检测频段信道状态足够好时，门限调整因子可经自适应改变后等于1，此时高门限值H与低门限值L相等，双门限变为单门限。0071B确定频域门限值。假设主用户不存在的情况下，空闲频段内背景噪声为高斯白噪声。一般地，假设高斯白噪声的谱熵值服从高斯分布。由恒虚警概率法则，频域谱熵检测的频域门限值由以下公式计算0072HL2Q11PF0073式中，HL为高斯白噪声的理论谱熵值，2为预估的高斯白噪声的谱熵方差，C为EULERMASCHERONI欧拉常量,L为熵的柱状图中划分的子区间个数，Q1为Q函数的反函数。可以看出，频域谱熵检测的频域门限值只与子区间个数L、虚警概率PF有关。。

35、0074因此，由恒虚警概率法则计算出的频域门限值与噪声功率无关，频域谱熵检测不受噪声不确定性的影响。00754对A/D转换模块输出的信号XN采用自适应双门限将时域能量检测与频域谱熵检测进行结合检测。007641采用时域双门限能量检测法进行初次检测。0077411对A/D转换模块输出的信号XN求平方得到X2N，其中N1,2,N,N为预设的时域采样点数。0078412对数字信号XN将序列X2N进行累加，当N个序列X2N全部累加完后对其取平均，即T则为信号的时域统计能量值。0079413将时域统计能量值T与预先设定的时域门限H、L进行比较判决。0080若时域统计能量值T大于或等于H，则判决主用户存在。

36、，即频段占用。此时，给存储器0发送一个控制信号，以使存储器0输出下一个频率控制字，进行下一频段的检测。0081若时域统计能量值T小于或等于L，则判决主用户不存在，即频段空闲，并将此空闲频段的统计能量值与其对应的频率控制字进行数据组合。假设能量值为16位二进制数表示，频率控制字为8位二进制数表示，则组合数据为24位二进制数，能量值位数占据其高16位，频率控制字位数占据其低8位。将组合之后的数据送入一个存储器的第一个存储单说明书CN104125579A117/9页12元存储，此存储器命名为存储器1。存储完后，给存储器0发送一个控制信号，以使存储器0输出下一个频率控制字，进行下一频段的检测。0082。

37、若时域统计能量值T大于L小于H，即属于区间L,H，则不做任何判决。此时，计数器计数一次。此后，时域能量值每落入L,H内一次则计数器累加计数一次。但是，如若当前检测的时域能量值处于L,H内，而下次检测时处于此范围之外，则计数器不再计数且清零。当计数器内的计数值达到最大次数值CMAX或最小次数值CMIN时，计数器才根据计数结果发送控制信号给双门限自适应调整模块以进行时域高低门限值大小的调整，同时将计数器清零，开始等待重新计数。008342在计数器开始工作时，A/D转换模块输出信号给频域谱熵检测模块，采用频域谱熵检测法进行重新检测。0084421对输出信号XN进行NF点快速傅里叶变换，将傅里叶变换的。

38、结果的实部XRELK和虚部XIMAK分别进行平方运算，求得实部的平方和虚部的平方最后将和相加，即得到信号的频谱功率密度。其表达式为00850086式中，K1,2,NF,NF为预设的频域采样点数。0087422求得频谱功率密度YK后，采用熵的柱状图估计算法估计频谱功率密度谱YK的谱熵值H，包括以下步骤0088首先，对频谱功率密度YK序列逐个进行比较，获取其最大值YMAX和最小值YMIN。然后根据频谱功率密度YK序列的最大值和最小值将YK序列形成YMAX,YMIN的区间，将此区间平均划分为L个子区间，则每个子区间长度为00890090式中，1LNF，L的取值对检测性能的影响不大，当然，L的取值必须。

39、大于1小于NF以保证谱熵估计的有效性。0091然后，将YK序列进行大小比较，判断其处于哪一个子区间，并统计数据序列YK落入第I个子区间的个数NI，I1,2,3,L，则根据信息熵理论，频谱功率密度YK的谱熵值H计算公式如下00920093最后，将统计的谱熵值与设定的频域门限值进行比较判决。0094当频域统计谱熵值H小于频域门限值，即H时，则判决主用户存在，即频段占用。此时，给存储器0发送一个控制信号，以使存储器0输出下一个频率控制字，进行下一频段的检测。0095当频域统计谱熵值H大于或等于频域门限值，即H时，则判决主用户不存在，即频段空闲，并将此空闲频段的谱熵值与其对应的频率控制字组合成一个数据。

40、，送入一说明书CN104125579A128/9页13个存储器的第一个存储单元存储，此存储器命名为存储器2。其数据组合方法类似于能量值与频率控制字组合数据的方法。存储完后，给存储器0发送一个控制信号，以使存储器0输出下一个频率控制字，进行下一频段的检测。0096存储器0根据给定的控制信号依次输出频率控制字给射频前端，所计算的能量值与其对应频段的频率控制字组合而成的数据按依次存入存储器1，所计算的谱熵值与其对应频段的频率控制字组合而成的数据依次存入存储器2。当检测完存储器0中所有频率控制字相对应的频段之后，存储器1内最终形成能量池，存储器2内最终形成谱熵池。00975将能量池存储器内的数据根据时。

41、域统计能量值T的大小进行排序和/或将谱熵池存储器内的数据根据频域统计谱熵值H的大小进行排序。能量池存储器和谱熵池存储器内的数据是采用升序还是降序排列可以根据需求进行设定，在本发明优选实施例中，将能量池内的数据根据能量值大小按照从小到大的顺序依次排列；将谱熵池内的数据根据谱熵值的大小按照从大到小的顺序依次排列。即将存储器1中的数据按照从小到大的顺序依次重新存入存储器1；将存储器2中的数据按照从大到小的顺序依次重新存入存储器2。00986按照上述步骤对频谱进行循环检测，对所有频段每进行一轮检测之后，能量池和谱熵池里面的数据将被新的检测结果所替换掉，从而实时更新空闲频段的能量池和谱熵池。0099可以。

42、根据能量值大小和谱熵值大小来判定空闲频段信道状态的好坏。根据检测结果形成的能量池、谱熵池能够为认知用户更好地选择空闲频段传输数据。池内每一个数据的低8位为频率控制字，由于频率控制字对应的是空闲频段的中心频率值，认知用户可以通过频率控制字选择相应的空闲频段进行通信。当认知用户需要使用空闲频段进行通信时，认知用户选择能量池内值较小的数据所对应的频段；当能量池内对应的频段全被选择完后，再选择使用谱熵池内值较大的数据所对应的频段。0100本发明联合时域能量检测与频域谱熵检测，采用自适应双门限法，实现了一种检测准确度高、检测时秏低的认知无线电频谱感知方法；另外，该方法根据检测结果形成空闲频段的能量池、谱。

43、熵池，为认知用户选择空闲频段进行通信做了好的准备。0101基于上述方法所设计的一种基于时域能量与频域谱熵的频谱感知装置，如图1所示，主要由存储器0频段池、射频前端、A/D转换模块、时域能量检测模块、频域谱熵检测模块、能量值比较器、时域双门限判决模块、计数器、双门限自适应调整模块、频域门限判决模块、存储器1能量池和存储器2谱熵池组成。其中存储器0频段池的输出端经射频前端与A/D转换模块的输入端相连，A/D转换模块的输出端分为两路，其中一路连接时域能量检测模块的输入端，另一路连接频域谱熵检测模块的输入端；时域能量检测模块的输出端经能量值比较器连接时域双门限判决模块的输入端，能量值比较器的输出端分为。

44、三路，其中一路经与时域双门限判决模块输入端相连，另一路与频域谱熵检测模块的输入端相连，又一路经计数器与双门限自适应调整模块的输入端相连。频域谱熵检测模块的输出端与频域门限判决模块的输入端相连，双门限自适应调整模块的输出端连接能量值比较器的输入端；时域双门限判决模块的输出端分为两路，其中一路连接存储器1能量池的输入端，另一路与存储器0频段池的输入端相连；频域门限判决模块的输出端分为两路，其中一路与存储器2谱熵池的输入端相连，另一路与存储器0频段池的输入端相连。0102如图2所示，时域能量检测模块包括时域平方运算器、累加求和器和取平均计算说明书CN104125579A139/9页14器；其中时域平。

45、方运算器的输入端连接A/D转换模块的输出端,时域平方运算器的输出端连接累加求和器的输入端，累加求和器的输出端连接取平均计算器的输入端，取平均计算器的输出端连接时域双门限判决模块。0103如图3所示，自适应双门限调整模块包括比较器、加或减法器、乘法器和除法器。其中，比较器的输入端连接计数器的输出端，比较器的输出端与加或减法器的输入端相连，加或减法器的输出端分为两路，其中一路与乘法器相连，另一路与除法器的输入端相连。乘法器输出时域高门限值，时域低门限值由除法器的输出端输出。0104如图4所示，频域谱熵检测模块包括快速傅里叶变换器、平方运算器、加法器和谱熵估计器。其中快速傅里叶变换器的输入端连接A/。

46、D转换模块的输出端,平方运算器的输入端连接快速傅里叶变换器的输出端,平方运算器的输出端与加法器的输入端相连，加法器的输出端经谱熵估计器与频域门限判决模块的输入端相连。其中谱熵估计器，如图5所示，包括比较器、比较与计数组合器、除法器、自然对数运算器、乘法器和累加器。其中比较器的输入端与频域谱熵检测模块中加法器的输出端相连，比较器的输出端与比较与计数组合器的输入端相连，比较与计数组合器的输出端连接除法器的输入端，除法器的输入端分成两路，其中一路经自然对数运算器与乘法器相连，另一路与乘法器直接相连，乘法器的输出端与累加器相连，谱熵值由累加器的输出端输出。说明书CN104125579A141/2页15图1图2说明书附图CN104125579A152/2页16图3图4图5说明书附图CN104125579A16。