协作频谱感知方法技术

本发明专利技术提供一种应用于认知无线电系统中的协作频谱感知方法，包括：在已有初级用户的网络中配置包含N个次级用户和至少一个信息融合中心的认知无线电系统；基于能量检测方法，得到单条链路的检测错误概率，其中所述单条链路的检测错误概率是与检测概率、虚警概率和漏警概率相关；基于单条链路的检测错误概率为最小时得到门限值和信噪比的关系，从而确定在不同信噪比下的最优门限值；基于单条链路的检测概率、虚警概率和漏警概率，得到认知无线电系统的检测概率、虚警概率和漏警概率、检测错误概率。相较于现有技术，本发明专利技术能极大地提高检测概率和降低认知无线电系统的检测错误概率，以保证初级用户在传送数据过程中不被干扰。

【技术实现步骤摘要】
协作频谱感知方法
本专利技术涉及一种认知无线电技术，特别涉及一种应用于认知无线电系统中的协作频谱感知方法。
技术介绍
随着无线通信系统的发展，对更高数据速率的需求正在逐渐增加。一方面由于自然界频谱资源的限制，固定的频率分配方案将不能适应正在增加的更高数据速率设备的需求，另一方面不同频段的频谱利用率相差很大，美国加州大学Berkeley分校对频谱使用情况进行了调查，调查表明3GHz以上的频段几乎没有被使用，而3GHz以下的频段使用率却高达70％。为了提高频谱利用率和解决频谱短缺问题，可以让次级用户去利用在某个地区的某个时间段里初级用户此时此刻没有使用的频谱。认知无线电(CognitiveRadio，CR)是提高频谱使用效率的有效手段，它是一种智能的无线通信系统，通过感知周围的环境，使用内嵌的一整套方法去了解环境和自适应地调整其内部的参数(如频段，发射功率等)，得以限制和降低冲突的发生。认知无线电技术中一项关键技术是频谱感知。频谱感知是通过对特定频段的监视和检测来确定可供次级用户(SecondaryUser，SU)系统使用的信道的过程，其目的是监视和检测特定频段上的主用户信号的活动情况，当检测到空闲频谱存在的时候，认知无线电系统可以使用该频谱；而当主用户信号再次出现时，认知无线电系统必须在规定的时间内退出该频段。常用的频谱感知有匹配滤波器检测、能量检测和周期平稳过程特征检测，其中的能量检测因其运算量和复杂度都很低而广受人们关注，但是，能量检测存在着对噪声的不确定性很敏感的缺点。频谱感知的一个巨大挑战是隐藏终端问题，它发生在当次级用户处于建筑物的后面或者是由于严重的多径衰落时，而此时初级用户就在次级用户附近。由于隐藏终端问题，次级用户将误认为初级用户此时并不在使用该频段，从而次级用户接入了该信道，而对初级用户造成了干扰。多个认知无线电用户的协作频谱感知能有效地解决认知无线电系统中的隐藏终端问题。协作频谱感知需要在不同的次级用户间进行协作，首先每个次级用户进行判决，为了降低通信过程中的开销，将把硬判决后的判决结果“0”或者“1”发送至融合中心，然后融合中心收集来自每一个次级用户的信息，最后在融合中心利用相关的融合准则进行判决，从而断定初级用户此时可在占用信道进行数据的传送。在文献《认知无线电网络中协作频谱感知优化》(Cooperativespectrumsensingoptimizationincognitiveradionetworks；WZhang，R.K.Mallik，andK.B.Letaief；inProc.IEEEICC，Beijing，May19-23，2008：3411-3415)中表明，随着协作用户数的增加，协作频谱感知的性能可获得极大的提高。上述在文献中描述了根据系统检测错误概率最小来求的门限值，但仅做了理论分析，并没有给出最终的表达式，同时也没有给出单条链路时门限值和信噪比的关系表达式。而在另一篇文献《认知无线电网络中协作感知的优化》(Optimizationforcooperativesensingincognitiveradionetworks；E.PehandYing-ChangLiang；inProc.IEEEInt.WirelessCommunication.NetworkingConf.，HongKong，May11-15，2007：27-32)中给出了参与协作检测的最优用户数，但其中门限值是假设为固定的，具有一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种应用于认知无线电系统中、基于门限动态调整的协作频谱感知方法，用于提高检测概率和降低系统的检测错误概率。本专利技术提供一种应用于认知无线电系统中的协作频谱感知方法，所述方法包括：在已有初级用户的网络中配置包含N个次级用户和至少一个信息融合中心的认知无线电系统，其中，定义N个次级用户中某一个次级用户到初级用户的链路为单条链路；基于能量检测方法，得到单条链路的检测错误概率，其中所述单条链路的检测错误概率是与检测概率、虚警概率和漏警概率相关；基于单条链路的检测错误概率为最小时得到门限值和信噪比的关系，从而确定在不同信噪比下的最优门限值；基于单条链路的检测概率、虚警概率和漏警概率，得到具有K个次级用户参加协作的认知无线电系统的检测概率、虚警概率和漏警概率，进而得到认知无线电系统的检测错误概率，其中K小于等于N。可选地，所述基于能量检测方法而得到单条链路的检测错误概率包括：利用公式：Pm，i＝1-Pd，i，分别得到第i个次级用户在无衰落的环境中的检测概率Pd，i、虚警概率Pf，i和漏警概率Pm，i，其中γi为第i个次级用户链路的信噪比，λi为第i个次级用户链路的门限值；i＝1，2，...，N，N为总次级用户数；利用公式：Qε，i＝P0·Pf，i+P1·Pm，i，得到第i个次级用户的检测错误概率Qε，i，P0为初级用户不占用信道的概率，P1为初级用户占用信道的概率。可选地，所述基于单条链路的检测错误概率为最小时得到门限值和信噪比的关系包括：对检测错误概率Qε，i进行门限值λi求导，并令得到：根据公式和Pm，i＝1-Pd，i，进行门限值λi求导，得到：根据上述结果，得到：假设初级用户不占用信道和占用信道的几率相等，即有则进一步得到：从而基于单条链路的检测错误概率为最小时得到门限值和信噪比的关系。可选地，所述确定在不同信噪比下的最优门限值包括：根据公式：利用二分法得到在不同的信噪比下所对应的门限值。可选地，所述基于单条链路的检测概率、虚警概率和漏警概率而得到认知无线电系统的检测概率、虚警概率、漏警概率和检测错误概率包括：根据公式得到认知无线电系统中对应各个次级用户的单条链路的虚警概率Pf，i，K为参加协作频谱感知的次级用户数；根据公式得到对应各个次级用户的门限值λi；根据公式和得到认知无线电系统的检测概率Pd；根据公式Pm＝1-Pd，Qε＝P0·Pf+P1·Pm，得到认知无线电系统的检测错误概率。可选地，所述协作频谱感知方法，还包括：基于认知无线电系统的虚警概率，确定参加协作频谱感知的最优次级用户数。本专利技术的协作频谱感知方法，基于能量检测方法可以得到认知无线电系统中单条链路检测错误概率为最小时门限值和信噪比的关系，在不同信噪比下对应的不同门限值，从而分别计算得出单点检测和协作检测下的检测概率和虚警概率，进而得到认知无线电系统的检测错误概率。相较于现有技术，本专利技术能极大地提高检测概率和降低认知无线电系统的检测错误概率，以保证初级用户在传送数据过程中不被干扰。另外，本专利技术的协作频谱感知方法，基于认知无线电系统的虚警概率，可以确定参加协作频谱感知的最优次级用户数，从而有效地减少了协作频谱感知中的反馈信令开销。附图说明图1，其为本专利技术的协作频本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于认知无线电系统中的协作频谱感知方法，其特征在于，所述方法包括：在已有初级用户的网络中配置包含N个次级用户和至少一个信息融合中心的认知无线电系统，其中，定义N个次级用户中某一个次级用户到初级用户的链路为单条链路；基于能量检测方法，得到单条链路的检测错误概率，其中所述单条链路的检测错误概率是与检测概率、虚警概率和漏警概率相关；基于单条链路的检测错误概率为最小时得到门限值和信噪比的关系，从而确定在不同信噪比下的最优门限值；基于单条链路的检测概率、虚警概率和漏警概率，得到具有K个次级用户参加协作的认知无线电系统的检测概率、虚警概率和漏警概率，进而得到认知无线电系统的检测错误概率，其中K小于等于N；所述基于能量检测方法而得到单条链路的检测错误概率包括：利用公式：分别得到第i个次级用户在无衰落的环境中的检测概率Pd,i、虚警概率Pf,i和漏警概率Pm,i，其中γi为第i个次级用户链路的信噪比，λi为第i个次级用户链路的门限值；i＝1,2,...,N，N为总次级用户数；利用公式：Qε,i＝P0·Pf,i+P1·Pm,i，得到第i个次级用户的检测错误概率Qε,i，P0为初级用户不占用信道的概率，P1为初级用户占用信道的概率；所述基于单条链路的检测错误概率为最小时得到门限值和信噪比的关系包括：对检测错误概率Qε,i进行门限值λi求导，并令得到：根据公式和Pm,i＝1-Pd,i，进行门限值λi求导，得到：

【专利技术属性】
技术研发人员：谢怀忠，易辉跃，王瑞，胡宏林，
申请(专利权)人：上海无线通信研究中心，
类型：发明
国别省市：