一種基于平均共識的分布式協(xié)作頻譜感知方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于平均共識的分布式協(xié)作頻譜感知方法，針對實際場景中，認知用戶在感知信道以及信息交互信道都會受噪聲影響這一情形，設計了在交互信道存在噪聲的情況下適用于共識算法的迭代矩陣，各認知用戶首先進行本地能量檢測，并將檢測值作為平均共識算法中的初始迭代值；依據(jù)恒虛警概率原則，求得判決門限η；依據(jù)最小均方誤差準則構建迭代矩陣；各認知用戶將自己的狀態(tài)傳給鄰居認知用戶，同時接收鄰居認知用戶傳來的狀態(tài)，經過P次迭代后，各認知用戶將當前的狀態(tài)值與門限η相比較，作出最終判決。本發(fā)明方法使得各認知用戶的感知信息在交互信道存在噪聲的情況下依然能夠收斂，提高了頻譜的檢測性能。
【專利說明】一種基于平均共識的分布式協(xié)作頻譜感知方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于平均共識的分布式協(xié)作頻譜感知方法，屬于認知無線電領 域。

【背景技術】
[0002] 隨著無線通信技術的快速發(fā)展，無線服務的重點已向需要寬頻帶和高下載速率的 多媒體通信等服務轉移。依據(jù)香農定理，這些通信系統(tǒng)對無線頻譜資源的需求也相應增長， 因而無線頻譜資源變得愈發(fā)緊張，成為制約無線通信發(fā)展的瓶頸之一。然而，頻譜資源并非 真的面臨"耗盡"的危機。通過對已占用的頻譜進行調查發(fā)現(xiàn)，某些授權頻段的頻譜利用率 極低，在時間和空間上存在不同程度的閑置現(xiàn)象；相反，一些非授權頻段的頻譜資源卻超負 荷使用，頻段相當擁擠。因而，頻譜資源的緊張很大程度上并不是因為缺少物理上的可用頻 譜資源，而是因為頻譜管理政策不合理造成的。
[0003] 為了解決頻譜資源的匱乏和已授權頻譜利用率的矛盾，一些學者提出了認知無線 電（Cognitive Radio, CR)的概念。其實質在于具有認知能力的無線通信設備（即認知用 戶）通過檢測，選擇性地接入已分配給授權用戶（即主用戶），但暫時未被使用的空閑頻段； 一旦主用戶重新接入該頻段，認知用戶則迅速退出信道，即認知用戶的接入不能對主用戶 的通信造成干擾。整個認知過程包括頻譜感知、頻譜管理和頻譜共享三大關鍵技術。
[0004] 頻譜感知作為實現(xiàn)認知無線電的關鍵和前提，是我們現(xiàn)階段研究的熱點。依據(jù)參 與感知的認知用戶數(shù)量，頻譜感知技術分為單用戶頻譜感知和多用戶協(xié)作頻譜感知。單用 戶感知技術研究相對較早，主要有匹配濾波檢測、能量檢測和循環(huán)平穩(wěn)特征檢測，其中能量 檢測因復雜度低和實現(xiàn)簡單而廣泛應用。單用戶感知的性能容易受到無線信道中陰影衰落 等因素的影響，因而難以達到理想效果。協(xié)作頻譜感知可以避免簡單本地頻譜感知的不確 定性，降低了多徑衰落、隱藏節(jié)點和陰影效應的影響。多用戶協(xié)作頻譜檢測分為集中式與分 布式。在集中式協(xié)作感知中，有一個中心節(jié)點用來收集各次用戶的本地檢測信息，并做出最 終判決，再將該判決結果通知給各次用戶；在分布式協(xié)作感知中，沒有中心節(jié)點，每個次用 戶都相當于集中式協(xié)作檢測中的信息融合中心，首先匯集其它次用戶的信息并做出判決， 然后再反饋給其它次用戶。
[0005] 目前大多數(shù)研究是基于集中式的協(xié)作頻譜感知技術。然而，在現(xiàn)有的無線通信架 構中，有一些網(wǎng)絡是無法提供統(tǒng)一的基站作為融合中心的，比如移動Ad hoc網(wǎng)絡。所以分布 式協(xié)作頻譜感知方案的研究是非常有必要的。分布式協(xié)作感知模型中，除了感知信道以外， 各認知用戶之間信息交互的信道（以下稱為交互信道）往往是有噪聲的。現(xiàn)有的分布式頻 譜感知研究中，通常假設交互信道傳送的信息完全正確，沒有考慮到交互信道的噪聲影響， 這樣的假設不利于提高檢測性能。


【發(fā)明內容】

[0006] 技術問題：本發(fā)明的目的是提供一種基于平均共識的分布式協(xié)作頻譜感知方法， 以解決在交互信道存在噪聲的情況下，現(xiàn)有的分布式頻譜感知方法檢測性能不高的問題。 本方法將根據(jù)最小均方誤差準則設計一個在交互信道存在噪聲的情況下，適用于平均共識 方法的迭代矩陣，使各認知用戶的感知信息在該情況下依然能夠收斂，從而提高頻譜感知 的整體性能。
[0007] 技術方案：一種基于平均共識的分布式協(xié)作頻譜感知方法，包括如下步驟：
[0008] 1)設置初始值：各認知用戶首先在本地進行能量檢測，得到檢測值賦值 給^(〇)，作為平均共識算法中的初始迭代值；根據(jù)恒虛警概率的原則，求得門限η備用； 據(jù)收斂步長5求解步驟求出δ，從而得到用來迭代的權值矩陣w u;依據(jù)認知用戶數(shù)μ與迭代 次數(shù)ρ的關系，選取合適的迭代次數(shù)ρ ;
[0009] 2)各認知用戶將當時的狀態(tài)yi(t)傳給自己的鄰居認知用戶，同時接收鄰居認知 用戶傳來的狀態(tài)h(t);根據(jù)公式

【權利要求】
1. 一種基于平均共識的分布式協(xié)作頻譜感知方法，其特征在于，該方法包含以下步 驟： 1) 設置初始值：各認知用戶首先在本地進行能量檢測，得到檢測值Yi，將Yi賦值給 yi(0)，作為平均共識中算法的初始迭代值；根據(jù)恒虛警概率的原則，求得門限η備用；據(jù) 收斂步長Ρ求解步驟求出0，從而得到用來迭代的權值矩陣w u;依據(jù)認知用戶數(shù)Μ與迭代次 數(shù)Ρ的關系，選取合適的迭代次數(shù)Ρ ; 2) 各認知用戶將當時的狀態(tài)yi(t)傳給自己的鄰居認知用戶，同時接收鄰居認知用戶 傳來的狀態(tài)y』⑴；根據(jù)公式-v+ +1} = -v#) + % - 來更新狀態(tài)；此迭代更新 的步驟將進行P次； 3. P次迭代結束后，每個認知用戶將當前的狀態(tài)值yi(t)與門限η相比較，如果高于門 限則判為主用戶存在，否則判為主用戶不存在。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于平均共識的分布式協(xié)作頻譜感知方法，其特征在 于，所述的步驟1)中，按照下述方法得到收斂步長&及權值矩陣Wu : 1) 采用覆蓋優(yōu)先泛洪方法得到認知用戶圖中用戶個數(shù)Μ以及圖的拉普拉斯矩陣L : 卜 1 (iK/) e E Lii=\di i = j 其中，di是節(jié)點的度，即節(jié)點i的鄰居個數(shù)； [0 纖 2) 采用粒子群優(yōu)化方法求解矩陣L的最大特征值λ JL); 2 2 2 3) 計算的值作為收斂步長0，其中，八^)表示實數(shù)^小數(shù)點后截兩位 的值； 4) 交互信道帶有噪聲的平均共識方法的迭代矩陣為： 1/。 I* jHE Wu = < ?-dj/c i = j 0 i # j, (i,j) t E 〇
【文檔編號】H04B17/00GK104158604SQ201410359181
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權日:2014年7月25日
【發(fā)明者】馮永秀, 張登銀, 鮑艾琴 申請人:南京郵電大學