Giải pháp kết hợp quét phổ nhanh và nhận diện đặc trưng tín hiệu bằng công nghệ cảm biến nén và công nghệ vòng tĩnh

Wireless Personal Communications - Tập 97 Số 3 - Trang 3901-3920 - 2017
Zhang, Yifan1, Zhang, Qixun1, Fu, Xuan1, Tian, Yucheng1, Feng, Zhiyong1
1Key Laboratory of Universal Wireless Communications Ministry of Education, Information and Telecommunication Engineering of Beijing University of Posts and Telecommunications (BUPT), Beijing, People’s Republic of China

Tóm tắt

Bài báo này đề xuất một giải pháp kết hợp quét phổ nhanh và nhận diện đặc trưng tín hiệu bằng cách sử dụng cả công nghệ cảm biến nén (CS) và công nghệ vòng tĩnh để giải quyết nghịch lý giữa việc quét phổ nhanh và nhận diện đặc trưng tín hiệu chính xác. Đầu tiên, một kiến trúc hệ thống mới cho nhận diện đặc trưng tín hiệu được thiết kế dựa trên kết quả quét phổ nhanh nhằm giảm số lần thực hiện kế hoạch nhận diện đặc trưng tín hiệu. Hơn nữa, một công nghệ CS cải tiến được đưa ra nhằm tăng tốc độ cảm biến mà không cần tái tạo tín hiệu đã nhận để thực hiện quét phổ nhanh. Một mức nén có thể điều chỉnh cũng được đề xuất để giảm cả độ phức tạp tính toán và tỷ lệ lấy mẫu dựa trên sự khác biệt của chế độ điều chế và tỷ lệ ký hiệu cho các tín hiệu khác nhau. Để giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu đến hiệu suất phân loại điều chế, một giải pháp giảm nhiễu mới được đề xuất bằng cách sử dụng công nghệ vòng tĩnh. Kết quả cho thấy rằng giải pháp đề xuất có thể đạt được cả việc quét phổ nhanh và nhận diện đặc trưng tín hiệu chính xác đồng thời. Hơn nữa, nó có thể giảm tỷ lệ lấy mẫu cho CS hơn 30% và đạt được mức tăng cường phát hiện tín hiệu từ 2–3 dB với các ràng buộc tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu.

Từ khóa

#Cảm biến nén #quét phổ #nhận diện đặc trưng tín hiệu #công nghệ vòng tĩnh #tăng cường phát hiện tín hiệu.

Tài liệu tham khảo

Federal Communications Commission. (Feb. 2005). Notice of proposed rule making and order: Facilitating opportunities for flexible, efficient, and reliable spectrum use employing cognitive radio technologies (pp. 03–108). No: ET Docket. citation_journal_title=IEEE Transactions on Vehicular Technology; citation_title=Enhancing the capacity of spectrum sharing cognitive radio networks; citation_author=S Stotas, A Nallanathan; citation_volume=60; citation_issue=8; citation_publication_date=2011; citation_pages=3768-3779; citation_doi=10.1109/TVT.2011.2165306; citation_id=CR2 McHenry, M. A. (2005, August) NSF Spectrum occupancy measurements project summary. Shared spectrum company report. citation_journal_title=IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers; citation_title=Energy-saving cooperative spectrum sensing processor for cognitive radio system; citation_author=Wen-Bin Chien, Chih-Kai Yang, Yuan-Hao Huang; citation_volume=58; citation_issue=4; citation_publication_date=2010; citation_pages=711-723; citation_doi=10.1109/TCSI.2010.2078691; citation_id=CR4 citation_journal_title=IEEE Transactions on Mobile Computing; citation_title=On using interference-aware spectrum sensing for dynamic spectrum access in cognitive radio networks; citation_author=You-En Lin, Kun-Hsing Liu, Hung-Yun Hsieh; citation_volume=12; citation_issue=3; citation_publication_date=2012; citation_pages=461-474; citation_doi=10.1109/TMC.2012.16; citation_id=CR5 citation_journal_title=IEEE Transactions on Vehicular Technology; citation_title=Performance prediction for energy detection of unknown signals; citation_author=JE Salt, HH Nguyen; citation_volume=57; citation_issue=6; citation_publication_date=2008; citation_pages=3900-3904; citation_doi=10.1109/TVT.2008.921617; citation_id=CR6 citation_journal_title=IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems; citation_title=Maximum likelihood energy detection of mary orthogonal signals; citation_author=A Hauptschein, T Knapp; citation_volume=AES–15; citation_issue=2; citation_publication_date=1979; citation_pages=292-299; citation_doi=10.1109/TAES.1979.308720; citation_id=CR7 citation_journal_title=Information Technology Journal; citation_title=A novel energy detection algorithm for spectrum sensing in cognitive radio; citation_author=YQ Zhao, SY Li, N Zhao, ZL Wu; citation_volume=9; citation_issue=8; citation_publication_date=2010; citation_pages=1659-1664; citation_doi=10.3923/itj.2010.1659.1664; citation_id=CR8 citation_journal_title=IEEE Transactions on Information Theory; citation_title=Matched filtering from limited frequency samples; citation_author=A Eftekhari, J Romberg, MB Wakin; citation_volume=59; citation_issue=6; citation_publication_date=2013; citation_pages=3475-3496; citation_doi=10.1109/TIT.2013.2243495; citation_id=CR9 citation_journal_title=IEEE Transactions on Computers; citation_title=A distributed TCAM coprocessor architecture for integrated longest prefix matching, policy filtering, and content filtering; citation_author=ZP Cai, ZJ Wang, K Zheng; citation_volume=62; citation_issue=3; citation_publication_date=2011; citation_pages=417-427; citation_doi=10.1109/TC.2011.255; citation_id=CR10 Bhargavi, D., & Murthy, C. R. (2010, June). Performance comparison of energy, matched-filter and cyclostationarity-based spectrum sensing. In 2010 IEEE eleventh international workshop signal processing advances in wireless communications (SPAWC) (Vol. 1(5), pp. 20–23). citation_journal_title=IEEE Transactions on Signal Processing; citation_title=Frequency-domain GLR detection of a second-order cyclostationary signal over fading channels; citation_author=J Riba, J Font-Segura, J Villares, G Vazquez; citation_volume=62; citation_issue=8; citation_publication_date=2014; citation_pages=1899-1912; citation_doi=10.1109/TSP.2014.2303433; citation_id=CR12 citation_journal_title=IEEE Transactions on Wireless Communications; citation_title=Efficient cooperative cyclostationary spectrum sensing in cognitive radios at low SNR regimes; citation_author=M Derakhshani, T Le-ngoc, M Nasiri-kenari; citation_volume=10; citation_issue=11; citation_publication_date=2011; citation_pages=3754-3764; citation_doi=10.1109/TWC.2011.080611.101580; citation_id=CR13 Kyouwoong, K., Akbar, I. A., Bae, K. K., Um, J. S., Spooner, C. M., & Reed, J. H. (2007, April). Cyclostationary approaches to signal detection and classification in cognitive radio. In 2007 IEEE 2nd international symposium new frontiers in dynamic spectrum access networks (DySPAN) (pp. 212–215). Adoum, B. A., & Jeoti, V. (2010, May). Cyclostationary feature based multiresolution spectrum sensing approach for DVB-T and wireless microphone signals. In 2010 international conference computer and communication engineering (ICCCE) (pp. 1–6). citation_journal_title=IEEE Transactions Signal Processing; citation_title=Statistical tests for presence of cyclostationarity; citation_author=AV Dandawate, GB Giannakis; citation_volume=42; citation_issue=9; citation_publication_date=1994; citation_pages=2355-2369; citation_doi=10.1109/78.317857; citation_id=CR16 citation_journal_title=IEEE Transactions Information Theory; citation_title=Asymptotic analysis of blind cyclic correlation-based symbol-rate estimators; citation_author=P Ciblat, P Loubaton, E Serpedin; citation_volume=48; citation_issue=7; citation_publication_date=2002; citation_pages=1922-1934; citation_doi=10.1109/TIT.2002.1013133; citation_id=CR17 citation_journal_title=IEEE Transactions Information Theory; citation_title=Asymptotic analysis of blind cyclic correlation-based symbol-rate estimators; citation_author=P Ciblat, P Loubaton, E Serpedin, GB Giannakis; citation_volume=48; citation_issue=7; citation_publication_date=2002; citation_pages=1922-1934; citation_doi=10.1109/TIT.2002.1013133; citation_id=CR18 citation_journal_title=IEE Proceedings Radar Signal Processing; citation_title=Automatic modulation classification using zero crossing; citation_author=SZ Hsue, SS Soliman; citation_volume=137; citation_issue=6; citation_publication_date=1990; citation_pages=459-465; citation_doi=10.1049/ip-f-2.1990.0066; citation_id=CR19 Schreyogg, C., Kittel, K., Kressel, U., & Reichert, J. (1997, February). Robust classification of modulation types using spectral features applied to HMM. In Proceedings of IEEE MILCOM (pp. 1377–1381), Monterey, CA. citation_journal_title=Proceedings of Institute of Electrical Engineering, Radar, Sonar and Navigation; citation_title=Modulation identification of digital signals by the wavelet transform; citation_author=KC Ho, W Prokopiw, YT Chan; citation_volume=147; citation_issue=4; citation_publication_date=2000; citation_pages=169-176; citation_doi=10.1049/ip-rsn:20000492; citation_id=CR21 Kim, K., Akbar, I. A., Bae, K. K., Um, J.-S., Spooner, C. M., & Reed, J. H. (2007, April). Cyclostationary approaches to signal detection and classification in cognitive radio. In Proceedings of IEEE DySpan (pp. 212–215), Dublin, Ireland. citation_journal_title=IEEE Circuits and Systems Magazine; citation_title=Automatic modulation classification for cognitive radios using cyclic feature detection; citation_author=B Ramkumar; citation_volume=9; citation_issue=2; citation_publication_date=2009; citation_pages=27-45; citation_doi=10.1109/MCAS.2008.931739; citation_id=CR23 Tian, Z., & Giannakis, G. B. (2007, April). Compressed sensing for wideband cognitive radios. In IEEE acoustics, speech and signal processing (ICASSP) 2007. Leus, G., & Tian, Z. (2011, December). Recovering second-order statistics from compressive measurements. In IEEE computational advances in multi-sensor adaptive processing (CAMSAP) 2011. citation_title=Matrix computations; citation_publication_date=1996; citation_id=CR26; citation_author=GH Golub; citation_author=CFV Loan; citation_publisher=The Johns Hopkins University Press citation_journal_title=IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing; citation_title=Cyclic feature detection with sub-Nyquist sampling for wideband spectrum sensing; citation_author=Z Tian, Y Tafesse, BM Sadler; citation_volume=6; citation_issue=1; citation_publication_date=2012; citation_pages=58-69; citation_doi=10.1109/JSTSP.2011.2181940; citation_id=CR27 Sabat, S. L., Srinu, S., Raveendranadh, A., & Udgata, S. K. (2012, January). Spectrum sensing based on entropy estimation using cyclostationary features for Cognitive radio. In Communication systems and networks (COMSNETS) (pp. 1–6). citation_journal_title=IET Communications; citation_title=Entropy-based robust spectrum sensing in cognitive radio; citation_author=Y Zhang, Q Zhang, S Wu; citation_volume=4; citation_issue=4; citation_publication_date=2010; citation_pages=428-436; citation_doi=10.1049/iet-com.2009.0389; citation_id=CR29 citation_journal_title=IEEE Transactions Information Theory; citation_title=Beyond Nyquist: Efficient sampling of sparse bandlimited signals; citation_author=JA Tropp, JN Laska, MF Duarte, JK Romberg, RG Baraniuk; citation_volume=56; citation_issue=1; citation_publication_date=2010; citation_pages=520-544; citation_doi=10.1109/TIT.2009.2034811; citation_id=CR30