專利名稱：一種改進(jìn)的雙門限協(xié)作頻譜感知方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種改進(jìn)的雙門限協(xié)作頻譜感知方法，主要用于解決認(rèn)知無線電系統(tǒng)中的感知性能不高的問題，屬于認(rèn)知無線電系統(tǒng)感知性能領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著寬帶多媒體業(yè)務(wù)的擴(kuò)展，無線頻譜資源越來越緊缺，頻譜的供需矛盾越來越尖銳。但是無線頻譜資源是一種不可再生資源，只能對(duì)頻譜資源再利用，因此研究如何提高頻譜的利用率，才能緩解頻譜資源稀缺的難題。在這種背景下認(rèn)知無線電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生了。 認(rèn)知無線電的基本出發(fā)點(diǎn)就是在不影響授權(quán)頻段正常通信的情況下，具有認(rèn)知功能的無線通信設(shè)備可以接入授權(quán)的空閑頻段內(nèi)，并動(dòng)態(tài)地利用頻譜，其核心思想就是使無線通信設(shè)備具有發(fā)現(xiàn)空閑頻譜并合理利用的能力。認(rèn)知無線電能從根本上解決目前因頻譜的固定分配政策導(dǎo)致的對(duì)頻譜資源的不合理應(yīng)用。隨著認(rèn)知無線電技術(shù)的發(fā)展，頻譜感知技術(shù)已成為認(rèn)知無線電技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和前提。實(shí)現(xiàn)認(rèn)知無線電的一個(gè)重要前提是不影響授權(quán)頻段內(nèi)主用戶的通信，為了不對(duì)主用戶造成干擾，認(rèn)知無線電只能通過對(duì)頻譜進(jìn)行不斷檢測(cè)來發(fā)現(xiàn)頻譜空穴，并利用頻譜空穴進(jìn)行通信，而在主用戶恢復(fù)通信時(shí)認(rèn)知無線電要及時(shí)察覺并退出該頻段。頻譜感知的作用是盡量快而準(zhǔn)確的確定未被占用的頻段，不準(zhǔn)確或者延時(shí)的頻譜感知結(jié)果會(huì)給主用戶帶來干擾，因此，頻譜感知的速度和準(zhǔn)確性是極其重要的。頻譜感知方法有單用戶頻譜感知和協(xié)作頻譜感知。1.單用戶頻譜感知能量感知是單用戶頻譜感知中應(yīng)用最廣泛的感知方法。能量感知最早是由 H. urkowitz在1967年提出的，核心思想是根據(jù)接收信號(hào)的能量或者功率的大小來判斷信號(hào)是否存在。能量檢測(cè)的基本原理可以描述為認(rèn)知用戶首先將接收信號(hào)通過帶通濾波器， 獲得所要感知的目標(biāo)頻段的信號(hào)；然后將目標(biāo)頻段信號(hào)通過平方率器件，獲得該信號(hào)功率估計(jì)；接著在某個(gè)固定的周期內(nèi)對(duì)該信號(hào)的功率估計(jì)積分，得到目標(biāo)頻段內(nèi)的信號(hào)能量的統(tǒng)計(jì)量；最后將得到的能量統(tǒng)計(jì)量與判決門限進(jìn)行比較，高于該門限則表示當(dāng)前該頻段存在主用戶傳輸信號(hào)，說明主用戶正在使用該頻段，低于該門限則表示當(dāng)前該頻段內(nèi)沒有主用戶傳輸信號(hào)，說明該頻段未被主用戶使用。2.協(xié)作頻譜感知協(xié)作頻譜感知是在單用戶頻譜感知基礎(chǔ)上提出的，目的是為了解決單用戶頻譜感知中的隱藏終端，靈敏度要求過高等問題，以相對(duì)較小的通信開銷獲得較大的感知性能增益.認(rèn)知無線電中協(xié)作頻譜感知結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。協(xié)作頻譜感知過程通常包括本地感知，感知信息傳遞和感知信息融合三個(gè)階段。本地感知與單用戶頻譜感知過程完全一致；感知信息的傳遞通常采用控制信道，在認(rèn)知用戶與控制中心之間傳遞；由于感知信息可以是 1比特的判決結(jié)果，也可以是本地的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量，所以存在硬判決融合和軟融合感知信息融合方式。
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Jiang Zhu等人在文獻(xiàn)Jiang Zhu, Zhengguang Xu, Furong,Wang, Benxiong Huang and Bo Zhang.Double Threshold Energy Detection of Cooperative Spectrum Sensing in cognitive radio. 3rd International Conference on Cognitive Radio Oriented Wireless Networks and Communications, CrownCom 2008，May2008 中提出的雙門限協(xié)、作感知法是一種混合判決協(xié)作算法，綜合了硬判決和軟融合兩種方式。該算法中部分參與協(xié)作的認(rèn)知用戶采用軟融合將檢測(cè)到的一系列能量值發(fā)送到融合中心，其余部分參與協(xié)作的認(rèn)知用戶采用硬判決將判決結(jié)果發(fā)送到融合中心，融合中心先根據(jù)這些能量值做出軟判決結(jié)果，再綜合接收到的硬判決結(jié)果做出主用戶是否存在的最終決策。傳統(tǒng)的雙門限協(xié)作頻譜感知方法雖然能夠在一定程度上克服衰落對(duì)感知結(jié)果的影響。但是該方法并沒有考慮到實(shí)際環(huán)境中，認(rèn)知用戶所處的無線環(huán)境并不相同，它們的感知信息對(duì)中心節(jié)點(diǎn)的貢獻(xiàn)程度也就不同。如果不加區(qū)分地公平對(duì)待每個(gè)認(rèn)知用戶的感知結(jié)果，那么最終的判決結(jié)果將和實(shí)際情況有較大的出入，會(huì)降低系統(tǒng)的感知性能。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是針對(duì)傳統(tǒng)的雙門限協(xié)作頻譜感知方法提出一種改進(jìn)的方法，來解決頻譜感知性能不高的問題。技術(shù)方案本發(fā)明提出了一種改進(jìn)的雙門限協(xié)作頻譜感知方法，根據(jù)各認(rèn)知用戶的信噪比來計(jì)算它們的可信度因子，充分考慮不同認(rèn)知用戶對(duì)中心節(jié)點(diǎn)的貢獻(xiàn)度不同來提高總體檢測(cè)性能。一、體系結(jié)構(gòu)1.圖2給出了雙門限頻譜感知的模型，雙門限方法是一種綜合了硬判決準(zhǔn)則和軟判決準(zhǔn)則的方法，有兩個(gè)不同的門限值，將落入兩個(gè)門限值之間及之外的觀測(cè)信息分別用不同的協(xié)作檢測(cè)算法進(jìn)行處理，既克服大尺度衰落對(duì)系統(tǒng)造成的信息丟失，又一定程度地減小了小尺度衰落對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。雙門限算法中存在的兩個(gè)能量門限值分別為入工和λ2，如圖2所示，當(dāng)?shù)趇個(gè)認(rèn)知用戶的能量檢測(cè)值Yi大于λ 2時(shí)，認(rèn)知用戶可判決此時(shí)的頻譜狀態(tài)為H1,即有主用戶信號(hào)存在；當(dāng)Yi小于X1時(shí)，該認(rèn)知用戶判決此時(shí)狀態(tài)為Htl，即沒有主用戶信號(hào)存在。而當(dāng)能量值1介于入工和λ 2之間時(shí)，該認(rèn)知用戶并不做出判決，而是將所有落入此區(qū)間的認(rèn)知用戶檢測(cè)能量值Yi傳送給信息融合中心來做進(jìn)一步的判決。因此，在雙門限檢測(cè)方法中，信息融合中心將接收兩類信息，一是硬判決結(jié)果Htl或H1 ；二是能量值以介于入工和入2之間的認(rèn)知用戶的檢測(cè)信息，這部分能量值在融合中心進(jìn)行等增益合并后生成一個(gè)判決結(jié)果，可將其稱為軟判決結(jié)果。最后融合中心對(duì)軟判決結(jié)果和硬判決結(jié)果利用某種融合準(zhǔn)則進(jìn)行綜合處理，最終得到主用戶是否存在的判決結(jié)果。2.圖3給出了改進(jìn)的雙門限頻譜感知系統(tǒng)模型，它與傳統(tǒng)的雙門限頻譜檢測(cè)的模型相比，那些不能直接做出本地判決的認(rèn)知用戶，不僅要發(fā)送感知到的能量值，而且還需要將它們各自的信噪比發(fā)送給中心節(jié)點(diǎn)。在認(rèn)知無線電系統(tǒng)中，認(rèn)知用戶利用雙門限協(xié)作頻譜感知發(fā)法完成整個(gè)頻譜感知過程的完整模型如圖4所示。在融合中心這里要完成兩件事，第一，通過主用戶到這些認(rèn)知用戶的信噪比值計(jì)算每個(gè)認(rèn)知用戶的可信度因子；第二，用“或”準(zhǔn)則(只要有一個(gè)認(rèn)知用戶認(rèn)為主用戶存在，就判定主用戶存在)對(duì)接收到信息進(jìn)行分析并做出最終判決。二、方法流程改進(jìn)的雙門限協(xié)作頻譜感知方法具體為認(rèn)知無線電系統(tǒng)中，認(rèn)知用戶分別對(duì)主用戶進(jìn)行頻譜感知，并對(duì)感知到的主用戶能量值進(jìn)行分類處理，然后發(fā)送給融合中心，最后由融合中心根據(jù)所接收到的信息做出主用戶是否存在的判決。具體的流程如下1.認(rèn)知無線電系統(tǒng)中的每個(gè)認(rèn)知用戶分別對(duì)主用戶進(jìn)行頻譜感知，得到它所感知到的主用戶能量值。2.判斷各認(rèn)知用戶感知到的主用戶能量值是在兩門限之間還是之外。3.如果認(rèn)知用戶感知到的能量值處在兩門限之外，則獨(dú)立的進(jìn)行本地頻譜感知， 得出主用戶是否存在的判決結(jié)果，可稱為硬判決結(jié)果，然后分別發(fā)送給融合中心。4.如果認(rèn)知用戶感知到的能量值處在兩門限之間，那么認(rèn)知用戶不能獨(dú)立的進(jìn)行本地頻譜感知，需要把它所感知到的主用戶能量值和信噪比發(fā)送給融合中心，由融合中心來進(jìn)行進(jìn)一步的處理。5.融合中心先根據(jù)接收到的信噪比計(jì)算出各認(rèn)知用戶的檢測(cè)可信度。然后對(duì)能量值和可信度進(jìn)行加權(quán)融合判決，得到主用戶是否存在的判決結(jié)果，可稱為軟判決結(jié)果。6.融合中心對(duì)前面接受到的主用戶發(fā)送過來的硬判決結(jié)果和自己得到的軟判決結(jié)果進(jìn)行綜合處理，最終得到主用戶是否存在的判決結(jié)果。有益效果本發(fā)明針對(duì)認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中雙門限頻譜感知的感知性能不高問題，提出了一種解決方案。對(duì)于工作在不同信噪比環(huán)境中的每個(gè)認(rèn)知用戶，賦予不同的權(quán)重，即在每個(gè)認(rèn)知用戶將感知信息送到數(shù)據(jù)融合中心后，中心對(duì)每個(gè)認(rèn)知用戶的感知信息加以不同的權(quán)重后再做綜合判決。由于具有不同信噪比的認(rèn)知用戶在融合中心對(duì)全局判決的影響不同，所以通過賦予每個(gè)認(rèn)知用戶不同的權(quán)重，可以使每個(gè)認(rèn)知用戶在全局判決中占有的分量也不一樣，由此可以得到比較理想的結(jié)果。從而提高整個(gè)感知系統(tǒng)的感知性能。


圖1認(rèn)知無線電中協(xié)作頻譜感知模型。圖2傳統(tǒng)的雙門限頻譜感知模型。圖3改進(jìn)的雙門限頻譜感知模型。圖4認(rèn)知無線電系統(tǒng)中改進(jìn)的雙門限協(xié)作頻譜感知完整模型圖。圖5整個(gè)認(rèn)知無線電系統(tǒng)的感知流程圖。
具體實(shí)施例方式假設(shè)一個(gè)頻譜感知系統(tǒng)中總共有N個(gè)認(rèn)知用戶，它們一起參與合作頻譜檢測(cè)的工作，結(jié)合圖5給出整個(gè)認(rèn)知無線電系統(tǒng)的感知過程如下1.假設(shè)有N個(gè)認(rèn)知用戶進(jìn)行協(xié)作頻譜檢測(cè)，每個(gè)認(rèn)知用戶首先獨(dú)立的進(jìn)行單用戶頻譜感知，獲得檢測(cè)能量值為Yi, 1 = 1，…N，且每個(gè)用戶的雙門限值均為入工和λ2。如果第i個(gè)認(rèn)知用戶的統(tǒng)計(jì)量Yi滿足X1CYiC λ 2，那么該認(rèn)知用戶就把它的感知到的主用戶能量值Yi和主用戶到認(rèn)知用戶之間的信噪比發(fā)送給融合中心，反之，要是第i個(gè)認(rèn)知用戶的統(tǒng)計(jì)量Yi滿足Yi<入工或^〉λ2，該認(rèn)知用戶就可以自己判斷出判決結(jié)果Li,并且把硬判決結(jié)果Li發(fā)送給融合中心。設(shè)氏為融合中心收到的第i個(gè)認(rèn)知用戶的檢測(cè)信息，則Ri 可以表示為
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)的雙門限協(xié)作頻譜感知方法，其特點(diǎn)在于包含如下步驟a、認(rèn)知無線電系統(tǒng)中的每個(gè)認(rèn)知用戶分別對(duì)主用戶進(jìn)行頻譜感知，得到它所感知到的主用戶能量值；b、判斷各認(rèn)知用戶感知到的主用戶能量值是在兩門限之間還是之外，如果能量值落在兩門限之外，則可以直接進(jìn)行本地判決，得到主用戶是否存在的硬判決結(jié)果；c、如果能量值落在兩門限之間，那么就不能直接進(jìn)行本地判決，這些認(rèn)知用戶不僅需要把感知到的主用戶能量值發(fā)送給融合中心，同時(shí)還需要把它們的信噪比也發(fā)送個(gè)融合中心；d、融合中心根據(jù)接收到的這些認(rèn)知用戶的信噪比進(jìn)行運(yùn)算處理，計(jì)算出每個(gè)認(rèn)知用戶對(duì)應(yīng)的可信度因子；e、融合中心結(jié)合接收到的能量值和計(jì)算出來的可信度因子進(jìn)行融合判決，得到主用戶是否存在的軟判決結(jié)果，通過賦予各認(rèn)知用戶不同的權(quán)值，以期望降低檢測(cè)性能差的認(rèn)知用戶對(duì)數(shù)據(jù)融合中心綜合判決的影響，提高檢測(cè)性能好的認(rèn)知用戶對(duì)數(shù)據(jù)融合中心綜合判決的影響，在融合中心處區(qū)別地對(duì)待每個(gè)感知節(jié)點(diǎn)的觀測(cè)信息；f、融合中心最后再對(duì)得到的軟判決結(jié)果和硬判決結(jié)果進(jìn)行綜合處理，利用“或”準(zhǔn)則做出一個(gè)主用戶是否存在的最終判決結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的頻譜感知方法，其特點(diǎn)在于所述的可信度因子是與認(rèn)知用戶的信噪比有關(guān)的，信噪比大的認(rèn)知用戶可信度因子就大，信噪比小的認(rèn)知用戶可信度因子就
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的雙門限協(xié)作頻譜感知方法。該方法包括如下步驟認(rèn)知無線電系統(tǒng)中的認(rèn)知用戶先進(jìn)行本地頻譜感知，然后對(duì)感知到的主用戶能量值進(jìn)行比較分類，如果能量值落在兩門限之外，則可以直接進(jìn)行本地判決，得到主用戶是否存在的硬判決結(jié)果，并發(fā)送給融合中心；如果能量值落在兩門限之間，那么認(rèn)知用戶需要把感知到的主用戶能量值以及信噪比發(fā)送個(gè)融合中心，由融合中心根據(jù)接收到的信噪比計(jì)算出各認(rèn)知用戶的權(quán)值因子，并綜合接收到的能量值進(jìn)行融合判決，得到主用戶是否存在的軟判決結(jié)果。最后，融合中心再對(duì)硬判決結(jié)果和軟判決結(jié)果進(jìn)行綜合處理，利用“或”準(zhǔn)則做出一個(gè)主用戶是否存在的最終判決。該方法可以充分發(fā)揮雙門限協(xié)作頻譜感知的優(yōu)勢(shì)，提高頻譜感知的性能。
文檔編號(hào)H04B17/00GK102571241SQ201210037149
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月20日
發(fā)明者華瑜敏, 張慧, 張登銀, 程春玲 申請(qǐng)人:江蘇新大誠(chéng)信息技術(shù)有限公司