一種認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中協(xié)作頻譜感知門限優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中協(xié)作頻譜感知門限優(yōu)化方法，該方法對(duì)基于表決融合的雙門限協(xié)作頻譜感知中的投票門限和檢測(cè)門限分別進(jìn)行了優(yōu)化。首先，固定雙門限能量檢測(cè)的檢測(cè)門限值，對(duì)表決融合準(zhǔn)則的投票門限進(jìn)行優(yōu)化，使得在該能量檢測(cè)門限值條件下，協(xié)作頻譜感知的全局錯(cuò)誤概率最小；然后在表決融合準(zhǔn)則的投票門限取最優(yōu)值的前提下，對(duì)雙門限能量檢測(cè)的檢測(cè)門限值進(jìn)行了優(yōu)化，在不同接收信噪比條件下，最優(yōu)的檢測(cè)門限值是動(dòng)態(tài)的，所以要根據(jù)信噪比確定最優(yōu)的檢測(cè)門限值。該發(fā)明可以使協(xié)作頻譜感知的全局錯(cuò)誤概率在各信噪比條件下都達(dá)到最小值，從而提高了協(xié)作頻譜感知的性能。
【專利說(shuō)明】 一種認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中協(xié)作頻譜感知門限優(yōu)化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中協(xié)助頻譜感知門限優(yōu)化方法，屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著無(wú)線通信技術(shù)不斷取得巨大發(fā)展，如藍(lán)牙、Wif1、WSN.3GLTE等，越來(lái)越多的通信系統(tǒng)需要分配無(wú)線頻譜，無(wú)線電波非視距傳播的特性決定了無(wú)線設(shè)備適合使用3GHZ以下的頻段，但是傳統(tǒng)的固定分配頻譜機(jī)制保證了每一種通信系統(tǒng)都固定占用某一頻段，導(dǎo)致目前為止可供分配使用的3GHZ以下的頻段寥寥無(wú)幾。與此同時(shí)，已授權(quán)頻譜的使用效率卻很低，只有15%?85%。認(rèn)知無(wú)線電可以有效解決頻譜匱乏，它允許次用戶在空閑的已授權(quán)頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。頻譜感知作為認(rèn)知無(wú)線電的關(guān)鍵技術(shù)，得到廣泛深入的研究。認(rèn)知用戶需要周期性地進(jìn)行頻譜感知，檢測(cè)主用戶是否存在，若檢測(cè)到主用戶不存在，則可以利用該授權(quán)頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。認(rèn)知用戶需要具備很高的檢測(cè)概率，一旦主用戶重新出現(xiàn)，必須很精確地檢測(cè)到主用戶的出現(xiàn)，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)迅速退出該頻段，盡量避免對(duì)主用戶的干擾。
[0003]頻譜感知的方法主要包括匹配濾波檢測(cè)、能量檢測(cè)和循環(huán)平穩(wěn)特征檢測(cè)等方法，其中能量檢測(cè)方法的判決方法是先設(shè)置一個(gè)門限，通過(guò)能量檢測(cè)器與設(shè)定的門限相比較，超過(guò)檢測(cè)門限，就認(rèn)為該頻段內(nèi)有主用戶存在。它的優(yōu)點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單，計(jì)算復(fù)雜性低，且不需要主用戶的先驗(yàn)信息，是本地頻譜感知的主要方法，但是在低信噪比條件下檢測(cè)性能差，因?yàn)樾盘?hào)淹沒在噪聲中，能量檢測(cè)法只能計(jì)算信號(hào)的能量，不能區(qū)分出干擾是來(lái)自信號(hào)還是噪聲。由于噪聲的不確定性，傳統(tǒng)的單門限能量檢測(cè)門限值不易設(shè)定，而且當(dāng)認(rèn)知用戶感知到的主用戶能量位于門限值附近時(shí)，容易發(fā)生誤檢，采用雙門限能量檢測(cè)可以大大降低誤檢概率。另外，由于隱蔽終端、多徑衰落等問(wèn)題的影響，單用戶檢測(cè)性能很差，多次用戶協(xié)作頻譜感知可以有效提高檢測(cè)性能，協(xié)作頻譜感知利用了相同數(shù)據(jù)在不同終端不同傳輸路徑的多接收的優(yōu)勢(shì)，獲得空間分集增益。
[0004]衡量協(xié)作頻譜感知性能的主要參數(shù)是全局虛警概率和全局漏檢概率，它們之和被定義為全局錯(cuò)誤概率。首先，協(xié)作頻譜感知的性能與融合算法密切相關(guān)，協(xié)作頻譜感知的融合準(zhǔn)則有AND準(zhǔn)則、OR準(zhǔn)則、表決融合準(zhǔn)則等，其中OR準(zhǔn)則等價(jià)于表決融合準(zhǔn)則的投票門限為1、AND準(zhǔn)則是等價(jià)于表決融合準(zhǔn)則的投票門限為次用戶的總個(gè)數(shù)，所以AND準(zhǔn)則和OR準(zhǔn)則都是表決融合準(zhǔn)則的特例。故表決融合準(zhǔn)則的投票門限值與頻譜感知性能有著緊密聯(lián)系。其次，利用雙門限能量檢測(cè)方法進(jìn)行頻譜感知時(shí)，檢測(cè)門限值的選取很大程度上影響著感知的性能。在各接收信噪比條件下，認(rèn)知用戶如何確定雙門限能量檢測(cè)的檢測(cè)門限值以及怎樣選取合適的表決融合準(zhǔn)則投票門限值成為了必須研究解決的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明的目的是提供一種認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中優(yōu)化協(xié)作頻譜感知性能的方案，該方法可以使得協(xié)作頻譜感知的全局錯(cuò)誤概率在各接收信噪比條件下都達(dá)到最小值，從而達(dá)到提高協(xié)作頻譜感知性能的目的。
[0006]技術(shù)方案:該方法對(duì)基于表決融合的雙門限協(xié)作頻譜感知中的投票門限和檢測(cè)門限分別進(jìn)行了優(yōu)化，首先，固定雙門限能量檢測(cè)的檢測(cè)門限值，對(duì)表決融合準(zhǔn)則的投票門限進(jìn)行優(yōu)化，使得在該能量檢測(cè)門限值條件下，協(xié)作頻譜感知的全局錯(cuò)誤概率最??；然后在表決融合準(zhǔn)則的投票門限取最優(yōu)值的前提下，對(duì)雙門限能量檢測(cè)的檢測(cè)門限值進(jìn)行了優(yōu)化，在不同接收信噪比條件下，最優(yōu)的檢測(cè)門限值是動(dòng)態(tài)的，所以要根據(jù)信噪比確定最優(yōu)的檢測(cè)門限值。
[0007]本發(fā)明所針對(duì)的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于表決融合的集中式協(xié)作頻譜感知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。包括一個(gè)主用戶，多個(gè)次用戶以及一個(gè)融合中心，認(rèn)知用戶通過(guò)各自的感知信道(次用戶接收主用戶信號(hào)經(jīng)過(guò)的信道)接收主用戶信號(hào)的能量信息，然后對(duì)接收到的主用戶信號(hào)的能量信息進(jìn)行雙門限能量檢測(cè)，做出本地判決結(jié)果，并將各自的判決結(jié)果通過(guò)報(bào)告信道(次用戶將判決結(jié)果傳輸給融合中心經(jīng)歷的信道)發(fā)送至融合中心，融合中心對(duì)接收到的判決結(jié)果進(jìn)行表決融合，得到最終判決結(jié)果。認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)根據(jù)此最終檢測(cè)結(jié)果來(lái)判斷該授權(quán)頻譜是否空閑。
[0008]能量檢測(cè)法是頻譜檢測(cè)最基本的方法。它測(cè)量信道中的無(wú)線頻率能量或者接收到的信號(hào)強(qiáng)度指標(biāo)(RSSI)來(lái)判斷信道是否被占用。能量檢測(cè)的性能決定了最終的感知結(jié)果和感知性能，而能量檢測(cè)的性能主要與門限值、噪聲平均功率、信號(hào)平均功率和采樣數(shù)有關(guān)。若采用傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的單門限能量檢測(cè)法，選取λ作為單門限能量檢測(cè)的門限值，則能量檢測(cè)的虛警概率Pf和檢測(cè)概率Pd為:

【權(quán)利要求】
1.一種認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中協(xié)作頻譜感知門限的優(yōu)化方法，其特征在于該方法包括以下步驟: a、定義Aci和A1是雙門限能量檢測(cè)的兩個(gè)門限值，且要求門限值\A1,[O, AJ U [A1, + -)為確定區(qū)間，(λ。，A1)為不定區(qū)間，協(xié)作頻譜感知的全局錯(cuò)誤概率(Qf+Qm)為:
其中N個(gè)認(rèn)知用戶中有K個(gè)認(rèn)知用戶接收到的信號(hào)能量落入確定區(qū)間，所以具體是哪K個(gè)認(rèn)知用戶接收到的信號(hào)能量落在確定區(qū)間內(nèi)，有種的可能情況訊和Htl分別表示主用戶存在和不存在的情況，Λ ^和八工分別表示IVH1條件下次用戶接收到的能量值位于不定區(qū)間的概率:
Pd、Pf和Pni分別表示本地頻譜感知的檢測(cè)概率、虛警概率以及漏檢概率:
,
，其中鐵= exp(-y)泰y為次用戶的接收信噪比，σ?2是噪聲方差，τ是次用戶的感知時(shí)間，fs為采樣頻率；b、對(duì)表決融合準(zhǔn)則的投票門限η進(jìn)行優(yōu)化，使得協(xié)作頻譜感知的全局錯(cuò)誤概率(Qf+Qm)最小，故要求
得到最優(yōu)投票
門限值
,實(shí)際應(yīng)用中，投票門限n為正整數(shù)，所以
表示不小于 X 的最小整數(shù)； c、對(duì)雙門限能量檢測(cè)的檢測(cè)門限值λ0、λ1進(jìn)行優(yōu)化，使得協(xié)作頻譜感知的全局錯(cuò)誤概率(Qf+QJ達(dá)到最小值，故令
可得下列方程
當(dāng)認(rèn)知用戶的接收信噪比Y、認(rèn)知用戶的個(gè)數(shù)N、接收到的信號(hào)能量落入確定區(qū)間的認(rèn)知用戶個(gè)數(shù)K、感知時(shí)間τ以及采樣頻率fs確定時(shí)，在表決融合準(zhǔn)則的投票門限取其最優(yōu)值的前提下，即η = n_，就可由上述方程組求出雙門限能量檢測(cè)的最優(yōu)檢測(cè)門限值
【文檔編號(hào)】H04B17/00GK104079359SQ201410256853
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】朱琦, 金燕君 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)