一種基于均勻量化結構的多比特頻譜感知方法
【專利摘要】一種基于均勻量化結構的多比特頻譜感知方法，它包括以下步驟：第一，次級用戶建立頻譜感知模型，采用二元假設檢驗模型，并建立基于能量的檢驗統(tǒng)計量；第二，均勻量化，次級用戶根據(jù)“3σ”準則確定均勻量化器基本參數(shù)，即確定量化電平、量化起始分層電平、量化終點分層電平、量化間隔，進而對建立的檢驗統(tǒng)計量進行量化處理；同時分析單個次級用戶量化誤差的均值和方差；第三，融合中心建立統(tǒng)一的判決規(guī)則，當融合中心收集完所有次級用戶的檢驗統(tǒng)計量的量化值后，建立統(tǒng)一的檢驗統(tǒng)計量和判決規(guī)則，同時分析集總量化誤差的概率分布情況，并給出基于均勻量化結構的多比特頻譜感知方法檢測性能的閉解表達式。
【專利說明】一種基于均勻量化結構的多比特頻譜感知方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于認知無線電網(wǎng)絡的頻譜感知方法，特別是一種基于均勻量化 結構的多比特頻譜感知方法。

【背景技術】
[0002] 頻譜感知可從多維度對頻譜資源使用情況進行分析，是認知無線電網(wǎng)絡頻譜資源 高效使用的前提。軟判決頻譜感知作為一種性能優(yōu)越的協(xié)作頻譜感知技術，被學術界廣泛 關注，它對次級用戶的統(tǒng)計測量值進行融合處理，并做出最終判別。在認知無線電網(wǎng)絡中， 軟判決頻譜感知技術可將各次級用戶通過控制信道發(fā)送的統(tǒng)計測量值在認知基站處進行 融合處理后，從而判斷主用戶的活動情況。但當認知控制信道帶寬資源受限，次級用戶在發(fā) 送統(tǒng)計測量值之前，通常對其進行量化處理，即常采用多比特量化技術。
[0003] 當前，也有一些文獻研究了基于量化結構的頻譜感知技術，如一種實用化多比特 數(shù)據(jù)融合策略的協(xié)作頻譜感知算法，在融合中心處采用似然比判別規(guī)則，分別給出了對應 的最優(yōu)檢測器和次優(yōu)檢測器，并對兩種檢測器的性能進行分析；一種高效軟判決融合準則， 對偽均勻量化結構和加權偽均勻量化結構算法的性能進行了詳細分析；還有的文獻對多比 特量化的協(xié)作頻譜感知性能進行了分析，并給出了性能分析的近似表達式。本發(fā)明在上述 文獻的研究基礎上，詳細分析了融合中心處量化誤差的概率分布情況，并建立量化統(tǒng)計測 量值概率分布的閉解表達式，同時提出次級用戶采用"3 〇 "準則確定均勻量化器的基本參 數(shù)，分析比較了量化結構下軟判決頻譜感知性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種高效的基于均勻量化結構的多比特頻譜感知方法。
[0005] 實現(xiàn)本發(fā)明的技術方案是：第一，次級用戶建立頻譜感知模型，采用二元假設檢 驗模型，并建立基于能量的檢驗統(tǒng)計量；第二，均勻量化，次級用戶根據(jù)"3 〇 "準則確定均 勻量化器基本參數(shù)，即確定量化電平、量化起始分層電平、量化終點分層電平、量化間隔，進 而對建立的檢驗統(tǒng)計量進行量化處理；同時分析單個次級用戶量化誤差的均值和方差；第 三，融合中心建立統(tǒng)一的判決規(guī)則，當融合中心收集完所有次級用戶的關于檢驗統(tǒng)計檢測 量的量化值后，建立統(tǒng)一的檢驗統(tǒng)計量和判決規(guī)則，同時分析集總量化誤差的概率分布情 況，并給出基于均勻量化結構的多比特頻譜感知方法檢測性能的閉解表達式，通過仿真分 析說明算法的有效性。
[0006] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點是：1、考慮量化誤差對頻譜感知性能的影響， 并在融合中心處分析了量化誤差的概率分布情況；2、次級用戶采用"3 〇 "準則確定均勻量 化器的基本參數(shù)；3、本發(fā)明給出了基于均勻量化結構下多比特頻譜感知方法檢測性能的閉 解表達式，通過仿真分析，說明算法的有效性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1本發(fā)明的一種基于均勻量化結構的多比特頻譜感知方法流程圖；
[0008] 圖2本發(fā)明的均勻量化器示意圖
[0009] 圖3本發(fā)明中算法信噪比與檢測概率理論與仿真性能對比圖 [0010] 圖4本發(fā)明中算法虛警概率與檢測概率理論與仿真性能對比圖

【具體實施方式】
[0011] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
[0012] 附圖1給出了一種基于均勻量化結構的多比特頻譜感知方法，它包括以下步驟： [0013] 第一步，在本地感知環(huán)境下，次級用戶接收到的主用戶信號存在兩類假設，％表示 主用戶不存在，氏表示主用戶存在，則第i個次級用戶二元檢驗可表示為：
[0014] H〇 ：yi(k) = n^k)
[0015] Hi ：Yi(k) = x^^+n^k)
[0016] 其中，yi(k)為第i個次級用戶在第k個采樣時刻接收到的信號；Xi(k)表示經(jīng)過 衰落信道到達第i個次級用戶接收端的主用戶信號，均值為0,方差為ni(k)表示信道噪 聲，假設為加性高斯白噪聲，均值為〇,方差為4。
[0017] 假設次級用戶采用能量檢測法，則第i個次級用戶的檢驗統(tǒng)計測量Ti為：
[0018]

【權利要求】
1. 一種基于均勻量化結構的多比特頻譜感知方法，它包括以下步驟：第一，次級用戶 建立頻譜感知模型，采用二元假設檢驗模型，并建立基于能量的檢驗統(tǒng)計量；第二，均勻量 化，次級用戶根據(jù)"3 〇 "準則確定均勻量化器基本參數(shù)，即確定量化電平、量化起始分層電 平、量化終點分層電平、量化間隔，進而對建立的檢驗統(tǒng)計量進行量化處理；同時分析單個 次級用戶量化誤差的均值和方差；第三，融合中心建立統(tǒng)一的判決規(guī)則，當融合中心收集 完所有次級用戶關于檢驗統(tǒng)計檢測量的量化值后，建立統(tǒng)一的軟判決檢驗統(tǒng)計量和判決規(guī) 貝U，同時分析集總量化誤差的概率分布情況，并給出基于均勻量化結構的多比特頻譜感知 方法檢測性能的閉解表達式。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于均勻量化結構的多比特頻譜感知方法，其特征在 于：給出融合中心處集總量化誤差的概率分布，即△T表示所有次級用戶的集總量化誤差， 即
則AT服從以下的高斯分布
其中，eqi表示第i個次級用戶的量化誤差，M為次級用戶數(shù)，分別表示第i個 次級用戶量化誤差在％、H1條件下的方差。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于均勻量化結構的多比特頻譜感知方法，其特征在 于：融合中心收集完所有次級用戶關于檢驗統(tǒng)計量的量化值后，建立統(tǒng)一的檢驗統(tǒng)計量和 判決規(guī)則，并給出基于均勻量化結構的多比特頻譜感知方法檢測性能的閉解表達式，具體 為： (a)融合中心建立的軟判決檢驗統(tǒng)計量為：
沒有經(jīng)過量化的軟判決檢驗統(tǒng)計量可表示為Tstjft，且
I中T,表示第i個次級用戶建立的檢驗統(tǒng)計量，7：表示檢驗統(tǒng)計量的量化值，且
〇 則融合中心建立的軟判決檢驗統(tǒng)計量:t,"應服以下高斯分布：
其中，表示第i個次級用戶噪聲方差和主用戶信號的方差。 (b)融合中心處的檢測概率#和虛警概率#可表示為：
其中，Q函數(shù)表達式為
；檢測門限As可由下式確定：
cT( ?)為Q函數(shù)的逆函數(shù)。 (C)融合中心建立軟判決頻譜感知判決規(guī)則為：
其中，1表示主用戶信號存在，O表示主用戶信號不存在。
【文檔編號】H04B17/00GK104243072SQ201410548828
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月14日 優(yōu)先權日:2014年10月14日
【發(fā)明者】吳昊, 姚富強, 趙杭生, 陳勇, 柳永祥 申請人:中國人民解放軍總參謀部第六十三研究所