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认知电力物联网电视频谱感知方法

更新时间：2019-12-18 19:15:53 大小：1M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：物联网电视频谱感知 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

基于认知无线电(CR)技术的电力物联网(IOTIPS)通过频谱感知实现对空闲授权频段的接入,可以有效提高频谱利用率,由于电力物联网的通信环境复杂,载波频偏无法避免,提出一种适用于电视频段授权用户数字地面多媒体广播(DT-MB)的复合相关检测算法,可以在大载波频偏条件下保持对DTMB信号稳定的检测性能,提升了通信网络的可靠性.同时基于复合相关检测的协作频谱感知,可以有效降低隐藏终端对感知性能的不利影响,提高认知电力物联网的通信效率.

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NE刑。只K&coN滕麓__

y烹鼍篓舅

文献引用格式：李博，翟少磊，张林山，等．认知电力物联网电视频谱感知方法[J]．电视技术，2016，40(4)：69—73．

B，ZHAI L，ZHANG S，et

a1．TV

method for interact of

spectrum sensing

things

power systems[J]．Video

engi—

neering，2016，40(4)：69-73．

中图分类号：TN915．853

文献标志码：A

DOI：10．16280／j．videoe．2016．04．015

认知电力物联网电视频谱感知方法

李

博1，翟少磊1，张林山1，曹敏1，王艳艳2，朱婧2

(1．云南电网有限责任公司电力科学研究院，云南昆明650217；2．电子科技大学电子工程学院，四川成都610054)

摘要：基于认知无线电(CR)技术的电力物联网(IOTIPS)通过频谱感知实现对空闲授权频段的接入，可以有效提高频谱利

用率，由于电力物联网的通信环境复杂，载波频偏无法避免，提出一种适用于电视频段授权用户数字地面多媒体广播(DT—

MB)的复合相关检测算法，可以在大载波频偏条件下保持对DTMB信号稳定的检测性能，提升了通信网络的可靠性。同

时基于复合相关检测的协作频谱感知，可以有效降低隐藏终端对感知性能的不利影响，提高认知电力物联网的通信效率。

关键词：电力物联网；认知无线电；频谱感知；数字地面多媒体广播

TV _spectrum

method for internet of

things

sensing

power systems

B01．ZHAIShaoleil，ZHANG Linshanl，CAO Minl，WANG Yanyan2，ZHU Jin92

Power Grid Limited

(1．ElectricPowerResearchInstitute，Yunnan

650217，China；

Liability Company，Kunming

2．School

Science and

ofElectronic

Technology ofChina，Chongdu 610054，China)

ofElectronic Engineering，University

IOTIPS

access idle TV bands to communi—

Abstract：Based

care，which

Cognitive Radio(CR)，the

solve the

implements spectrum sensing(SS)to

the communication environment of the IOTIPS is eom—

effectively

spectral scarcity．However，because

not be avoided．In this

correlation based waveform

carrier

detection(CC—

plex，the

frequency offset(CFO)can

paper，a composite

maintain stable detection

for

terrestrial multimedia

broadcasting(DTMB)signal

proposed，which

per-

CC—WD，thecooperative spectrum

of hidden terminal based on

performance，effectively improve

WD)algorithm

digital

formance

against

_largeCFO and enhance the

reduce the adverse

impact

of communication network．Based on the

reliability

the

can

perception

sensing

the

effectively

of IOTIPS．

efficiency

power systems；CR；spectrum sensing；DTMB

Key words：intemet

things

电力物联网(IOTIPS)是综合各种电力设备、用户

信息的物联网，需要实时、双向、集成、高速的通信系

统，以保证电力物联网的各部分工作高效运营。随着

电力物联网的发展，大量数据通信需要更多的无线频

谱资源来支撑。然而，当前频谱大部分已被授权给固

定用途，因此无线频谱资源的紧缺已成为电力物联网

发展的瓶颈。认知无线电(CR)是一种具备动态频谱

接人的智能无线通信技术¨ J。利用CR技术，电力物联

网可以通过频谱感知获取已授权频段的使用状态，利

用空闲频谱实现通信。已授权的VHF／UHF频段中，电

视频段的电波传播性能良好，覆盖效果好，非常适用于

无线通信。通过频谱感知对空闲的电视频段加以使

用，实现动态接入和使用空闲电视频谱，可以有效提高

电力物联网信息传输的灵活性、稳定性和安全性B～。。

频谱感知首先要对授权用户出现与否做出快速、准确

地检测判断，从而获知频谱的使用状态。频谱感知可以

分为单用户独立频谱感知和多用户协作频谱感知两大

类。针对数字电视信号，目前在认知无线电系统中常用

的单节点频谱感知方法中，能量检测算法。4J简单，易实

现，但是不能对不同类型的信号加以区分，在信噪比低的

条件下，对授权用户的检测会不准确。循环平稳特征检

测垆1无需知道信号的先验信息而且能够区分噪声和有

基金项目：国家自然科学基金项目(61101091)

投稿网址http：／／www．videoe．cnI《电视技术》第40卷第4期(,罅481期)

万方数据

-●NETWORK&CON昆畿皇麓

V· 一-·

i，· o茁^fi^¨ ri■j

在理想同步的条件下，根据式(1)可知，其中r(n)=

s(n)。则波形检测统计量瓦可以写为

用信号，但是循环平稳特征检测计算的复杂度高，要求

的观测时间较长；基于波形的检测∞o需要已知电视信号

的模式，检测所需时间短，但是基于波形的检测对信号

同步的要求很高，当接收到的信号载波频偏较大时，基

于波形检测的检测性能会发生极大衰减。为了对抗大

载波频偏以及干扰等问题，提升频谱感知性能，本文提

出了针对数字地面多媒体广播(DTMB)的复合相关检测

算法，并将该算法运用于协作频谱感知算法，提升了频

谱感知性能，为电力系统信息传输提供一种新思路。

(3)

To(x)=max I石(凡)OPⅣ(n+ko)I

n N—l

式中：“0”表示线性相关运算；k表示相关偏移。在实

际的认知无线环境中因为认知用户终端和DTMB发射

端的本地振荡器不完全相同，又由于无线信道带来的

多普勒频移的影响，认知用户接收到的DTMB信号会

发生载波频偏，又因为认知用户终端与DTMB发射端

属于不同的网络，很难实现同步，波形检测的性能会遭

到削弱。考虑载波频偏的影响，认知用户终端接收到

的DTMB信号可以表示为

频谱感知模型

认知用户对无线环境进行频谱感知，通过对接收

到的信号进行检测，判断授权用户是否出现，从而对频

谱的使用情况做出判决。根据检测理论，对授权用户

的检测可以建模为一个二元假设检验问题，根据授权

频段是否存在授权用户可以归为两种假设。

r(n)=s(n)e’百”

(4)

式中：占，表示归一化的载波频偏，为方便分析载波频偏

对波形检测的影响，并未考虑初始相位等因素。根据

式(1)和式(3)，当检测到的信号发生载波频偏时，检

测统计量可以表示为

戈(几)：』伽(n)，／-Io

(1)

【h(11)r(rt)+w(n)，日

驰"靠1善sin(等)I

式中：茗(凡)为认知用户在时刻n监测到的信号；叫(n)

为高斯白噪声；h(n)表示无线信道增益；r(n)为授权用

户12时刻发射的信号。认知用户在进行频谱感知时，

对接收到的观测数据进行处理，不同的感知算法，对于

检测统计量有不同的构造，使用的判决准则也不同。

根据式(5)可以得到检测统计量的对数形式为

Go=1019l老sin(警)|(dB，

式中：Go表示波形检测的相关增益，从式(6)可以看

到，当存在载波频偏占。时，波形检测的相关增益G和

相关窗长度￡．并不成正比例关系，当￡。=Nck／e。(k为

整数)，相关增益G。变为0。当出现较大载波频偏s。

时，相关增益G。会发生很大的衰减，从而导致波形检

测性能的下降。

对抗大载波频偏的复合相关检测

对抗大载波频偏的复合相关检测算法是在传统波

形检测的基础上提出的。图1是传统波形检测算法的

流程图。

为了对抗大的载波频偏s，，复合相关检测在波形

检测的基础上进行改进，从本地产生的长度为￡，。的

PN序列中截取两段，长度都为￡(￡<L刚)。两段￡长

度的PN序列的相移间隔为P，将两段PN序列PN(n)，

判决结果

PN(n+P)和接收到的信号戈(凡)进行复合相关运算”1，

可以表示为

图1 波形检测流程图

R(n)=(x(n)OPN(11,+k。))+(戈(n+P)o

图1中，z(凡)代表认知用户监测到的信号，PN(乃)

表示模式已知的本地产生的序列，波形检测的就是通

过将接收到的信号和本地PN(n)序列进行相关来构造

检测统计量，然后通过判决，从而实现对DTMB信号的

检测。式(2)中，s(n)表示DTMB发射端发射的信号，

其中帧头长度为￡帧体长度为Ⅳc，一个DTMB信号

帧的长度为N=L，、+，v。。

(7)

PN(n+k。+P))

可以得到复合相关检测算法相应的检测统计量E

的表达式为

r-(x)-。m。ax，IR(n)I

。m；。a；x。I(PN’(i+^。)z(n+i)’．PN‘(i+P+ko)#(n+p+i))I

(8)

当DTMB信号出现时，式(8)的检测统计量可以

。5(

(

凡

凡)

)

：

={』PN(n)，凡 [o，Lr一’

(2)

【S1(n)，n [LPN，Ⅳ。+￡PN)

写为

70《电视技术》第40卷第4期(总第481期)l投稿网址http：／／www．videoe．cn

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