基于Adaboost算法的聯(lián)合頻譜感知方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于Adaboost算法的聯(lián)合頻譜感知方法，包括：認(rèn)知用戶終端分別獨(dú)立地探測自身周圍的無線通信環(huán)境中授權(quán)用戶終端的出現(xiàn)，對(duì)其頻段使用情況進(jìn)行頻譜感知，判斷授權(quán)用戶終端的頻譜使用狀態(tài)是否空閑，將判斷結(jié)果分別上報(bào)到融合中心；融合中心接收判斷結(jié)果，根據(jù)判斷結(jié)果為認(rèn)知用戶終端各自分配對(duì)應(yīng)的權(quán)重值；融合中心再根據(jù)每個(gè)認(rèn)知用戶終端的權(quán)重值和工作時(shí)認(rèn)知用戶終端實(shí)際上報(bào)的判斷結(jié)果進(jìn)行授權(quán)用戶終端的頻譜使用狀態(tài)是否空閑的總判決。本發(fā)明可有效地減少低置信度從用戶對(duì)總判決的干擾，提高頻譜檢測性能，增強(qiáng)在時(shí)變的無線通信環(huán)境下多用戶頻譜檢測的自適應(yīng)能力。
【專利說明】基于Adaboost算法的聯(lián)合頻譜感知方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】 本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，特別涉及一種基于Adaboost算法的聯(lián)合頻譜感知系統(tǒng)及 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無線通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，無線用戶的數(shù)量急劇增加，通過無線網(wǎng)絡(luò) 接入的業(yè)務(wù)形式日趨多樣化，并對(duì)系統(tǒng)提出了越來越高的帶寬要求，使得頻譜資源變得非 常緊張。另外，隨著無線網(wǎng)絡(luò)寬帶化及數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)IP化與一體化的逐步演進(jìn)，人們對(duì) 帶寬和頻譜的利用率提出了越來越高的要求。而認(rèn)知無線電就是用于解決這種頻譜使用不 均衡、頻譜利用率不高等問題的非常具有潛力的技術(shù)手段。目前，認(rèn)知無線電的一個(gè)典型應(yīng) 用就是機(jī)會(huì)頻譜接入。其核心思想是通過無線通信設(shè)備對(duì)通信環(huán)境的認(rèn)知，進(jìn)而按照某種 "伺機(jī)"的方式，在空域、時(shí)域、和頻域中實(shí)時(shí)地去發(fā)現(xiàn)授權(quán)頻段上出現(xiàn)的可以被利用的頻譜 機(jī)會(huì)，即"頻譜空穴"，并合理的利用。當(dāng)未授權(quán)用戶（SU，也稱為從用戶）通過這種"借用"的 方式使用已授權(quán)用戶（PU，也稱為主用戶）的頻譜資源時(shí)，必須保證其通信過程不會(huì)影響到 PU的通信，或?qū)Φ母蓴_被控制在某個(gè)特定的范圍之內(nèi)。
[0003] 頻譜檢測指的是認(rèn)知無線電設(shè)備在特定的時(shí)間、特定的區(qū)域上感知并分析無線通 信環(huán)境中的頻段使用情況的能力。其目的是為了找出適合通信的"頻譜空穴"，使得認(rèn)知 無線電系統(tǒng)能夠在不影響已有通信系統(tǒng)的前提下有效地進(jìn)行工作?，F(xiàn)有的頻譜檢測方法 有會(huì)泛量檢測（H. Urkowitz, "Energy detection of unknown deterministic signals，，' Proceedings of IEEE, vol. 55, pp. 523-531, April 1967 ；F. F. Digham, M. -S. Alouini and M. K. Simon, "On the energy detection of unknow signals over fading channels," IEEE Trans. Commun, vol. 55, no. I, pp. 3575-3579, Jan. 2007)、匹 配濾波器與相關(guān)檢測（S. M. Kay, Fundamental of Statistical Signal Processing: Dection Theory. New Jersey: Prentice Hall, 1998)和循環(huán)特征檢測（S. Enserink and D. Cochran, "A cyco I stationary feature detector,，' in Proc. 28thAsi lomar Conference on Signals, Systems, and Computers, Monterey, CA, Oct. 1994, pp. 806-810)等。后兩種方法檢測方法需要知道當(dāng)前頻段PU的先驗(yàn)知識(shí)，同時(shí)其實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度 及成本較高，檢測時(shí)間也較長。因此，頻譜檢測一般是在SU的發(fā)送端通過能量檢測與判決 來完成。能量檢測器具有實(shí)現(xiàn)簡單、無需預(yù)先知道PU的信號(hào)特征與調(diào)制方式信息等優(yōu)勢， 目前認(rèn)知無線電中的頻譜檢測大多采用能量檢測判決機(jī)制。信號(hào)首先通過從用戶的能量檢 測器的一個(gè)帶通濾波器濾除帶外噪聲，然后通過平方器和積分器計(jì)算總能量Y，最后通過判 決器與一個(gè)能量判決門限值f進(jìn)行比較，以判斷兩個(gè)可能的情況和0，其中慫代表PU 未占用頻譜，而A代表PU正在使用頻譜。如果7〈 G能量檢測的結(jié)果為慫；反之，為盡。在 譜交織模式（SU只在PU的空閑期工作）下，通常SU只能在判決結(jié)果為慫的時(shí)候才能傳輸 數(shù)據(jù)。從用戶通過對(duì)所觀察的頻段內(nèi)的無線信號(hào)進(jìn)行測量及能量計(jì)算，并與特定的門限值 進(jìn)行比較，從而判決是否出現(xiàn)了符合通信要求的"頻譜空穴"。頻譜檢測的性能決定了 SU能 否有效地抓住頻譜機(jī)會(huì)來實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸，以及能否比較準(zhǔn)確地判定射頻信號(hào)碰撞事 件，使SU在PU出現(xiàn)的情況下能夠盡快主動(dòng)退避，避免過多地影響PU的通信， 在實(shí)際的無線信道中，單一用戶的檢測結(jié)果常常受到衰落、陰影和多徑的影響，無法達(dá) 到一個(gè)很好的檢測性能。通過將多個(gè)用戶的檢測結(jié)果加以綜合，就能以少量的開銷一傳 遞用戶判決信息，極大地提高檢測的性能。
[0004] 在多用戶認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中，存在一個(gè)主用戶和#個(gè)從用戶。從用戶之間互不干 擾，每個(gè)從用戶獨(dú)立地進(jìn)行頻譜感知，然后通過控制信道把相關(guān)檢測數(shù)據(jù)發(fā)送至融合中心 FC，由FC按照特定融合規(guī)則集中判決?，F(xiàn)有的融合規(guī)則有K/N規(guī)則等。基于K/N規(guī)則的聯(lián) 合頻譜檢測方法指的是，若#個(gè)用戶中有大于或等f個(gè)的判決為真，則總判決為真，否則總 判決為假。K/N規(guī)則的經(jīng)典應(yīng)用就是少數(shù)服從多數(shù)原則。在實(shí)際無線環(huán)境中，各個(gè)從用戶的 信道質(zhì)量各不相同。由于可能存在信道條件惡劣的從用戶，其判決的準(zhǔn)確度較低，導(dǎo)致融合 中心FC在進(jìn)行總判決時(shí)受其干擾，總判決的準(zhǔn)確度下降。
[0005]


【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，提供一種基于Adaboost算法 的聯(lián)合頻譜感知系統(tǒng)及方法。其可有效地減少低置信度從用戶對(duì)總判決的干擾，提高頻譜 檢測性能，增強(qiáng)在時(shí)變的無線通信環(huán)境下多用戶頻譜檢測的自適應(yīng)能力。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于Adaboost算法的聯(lián) 合頻譜感知方法，包括： a) 探測步驟：至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端分別獨(dú)立地探測自身周圍的無線通信環(huán)境中授權(quán) 用戶終端的出現(xiàn)，對(duì)其頻段使用情況進(jìn)行頻譜感知，判斷所述授權(quán)用戶終端的頻譜使用狀 態(tài)是否空閑，將判斷結(jié)果分別上報(bào)到融合中心； b) 權(quán)重分配步驟：所述融合中心接收所述判斷結(jié)果，根據(jù)所述判斷結(jié)果為所述至少兩 個(gè)認(rèn)知用戶終端各自分配對(duì)應(yīng)的權(quán)重值，每個(gè)所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端的所述權(quán)重值與 對(duì)應(yīng)的所述判斷結(jié)果的可信性成正比關(guān)系； c) 集中判斷步驟：所述融合中心再根據(jù)每個(gè)所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端的所述權(quán)重值 和工作時(shí)所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端實(shí)際上報(bào)的判斷結(jié)果進(jìn)行授權(quán)用戶終端的頻譜使用 狀態(tài)是否空閑的總判決。
[0007] 所述融合中心為所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端各自分配對(duì)應(yīng)的權(quán)重值，具體為： 所述融合中心與所述授權(quán)用戶終端進(jìn)行協(xié)商，確定預(yù)定的訓(xùn)練序列，根據(jù)所述預(yù)定的 訓(xùn)練序列對(duì)所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端進(jìn)行頻譜感知訓(xùn)練，訓(xùn)練過程中計(jì)算得到每個(gè)所述 至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端的頻譜感知能力對(duì)應(yīng)的權(quán)重值。
[0008] 所述預(yù)定的訓(xùn)練序列為\ = j成代表所述授權(quán) 用戶終端未占用頻譜，而/Z1代表所述授權(quán)用戶終端正在使用頻譜； 所述融合中心根據(jù)所述預(yù)定的訓(xùn)練序列對(duì)所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端進(jìn)行頻譜感知 訓(xùn)練，訓(xùn)練過程中計(jì)算得到各個(gè)認(rèn)知用戶終端的對(duì)應(yīng)權(quán)重值，具體為： 所述授權(quán)用戶終端按照所述訓(xùn)練序列在規(guī)定時(shí)隙j占用或不占用頻譜，則占用 頻譜，5^.=%則不占用頻譜； 所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端各自獨(dú)立地對(duì)所述授權(quán)用戶終端進(jìn)行頻譜檢測，判斷所述 授權(quán)用戶終端的頻譜使用狀態(tài)是否空閑，分別將各自判斷的檢測結(jié)果向融合中心上報(bào)； 所述融合中心接收每個(gè)所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端的所述檢測結(jié)果，根據(jù)所述訓(xùn)練序 列采用Adaboost算法得出每個(gè)所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端的對(duì)應(yīng)權(quán)重值。
[0009] 所述融合中心接收每個(gè)所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端的所述檢測結(jié)果，根據(jù)所述訓(xùn) 練序列采用Adaboost算法得出每個(gè)所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端的對(duì)應(yīng)權(quán)重值，具體為： 步驟4. 1 :初始化迭代輪次t=l，首輪所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端中的任一個(gè)，即從用 戶i的從用戶權(quán)重％=〇,/=1，2?見其中#是所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端的數(shù)量，首輪所

【權(quán)利要求】
1. 一種基于Adaboost算法的聯(lián)合頻譜感知方法,其特征在于,包括： a) 探測步驟：至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端分別獨(dú)立地探測自身周圍的無線通信環(huán)境中授權(quán) 用戶終端的出現(xiàn)，對(duì)其頻段使用情況進(jìn)行頻譜感知，判斷所述授權(quán)用戶終端的頻譜使用狀 態(tài)是否空閑，將判斷結(jié)果分別上報(bào)到融合中心； b) 權(quán)重分配步驟：所述融合中心接收所述判斷結(jié)果，根據(jù)所述判斷結(jié)果為所述至少兩 個(gè)認(rèn)知用戶終端各自分配對(duì)應(yīng)的權(quán)重值，每個(gè)所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端的所述權(quán)重值與 對(duì)應(yīng)的所述判斷結(jié)果的可信性成正比關(guān)系； c) 集中判斷步驟：所述融合中心再根據(jù)每個(gè)所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端的所述權(quán)重值 和工作時(shí)所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端實(shí)際上報(bào)的判斷結(jié)果進(jìn)行授權(quán)用戶終端的頻譜使用 狀態(tài)是否空閑的總判決。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Adaboost算法的聯(lián)合頻譜感知方法，其特征在于，所述 融合中心為所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端各自分配對(duì)應(yīng)的權(quán)重值，具體為： 所述融合中心與所述授權(quán)用戶終端進(jìn)行協(xié)商，確定預(yù)定的訓(xùn)練序列，根據(jù)所述預(yù)定的 訓(xùn)練序列對(duì)所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端進(jìn)行頻譜感知訓(xùn)練，訓(xùn)練過程中計(jì)算得到每個(gè)所述 至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端的頻譜感知能力對(duì)應(yīng)的權(quán)重值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Adaboost算法的聯(lián)合頻譜 感知方法，其特征在于，所述預(yù)定的訓(xùn)練序列為{&、&... &.}，
代表所述授權(quán)用戶終端未占用頻譜，而/Z1代表所述授權(quán)用戶終 端正在使用頻譜； 所述融合中心根據(jù)所述預(yù)定的訓(xùn)練序列對(duì)所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端進(jìn)行頻譜感知 訓(xùn)練，訓(xùn)練過程中計(jì)算得到各個(gè)認(rèn)知用戶終端的對(duì)應(yīng)權(quán)重值，具體為： 所述授權(quán)用戶終端按照所述訓(xùn)練序列在規(guī)定時(shí)隙j占用或不占用頻譜，則占用 頻譜，4.=%則不占用頻譜； 所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端各自獨(dú)立地對(duì)所述授權(quán)用戶終端進(jìn)行頻譜檢測，判斷所述 授權(quán)用戶終端的頻譜使用狀態(tài)是否空閑，分別將各自判斷的檢測結(jié)果向融合中心上報(bào)； 所述融合中心接收每個(gè)所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端的所述檢測結(jié)果，根據(jù)所述訓(xùn)練序 列采用Adaboost算法得出每個(gè)所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端的對(duì)應(yīng)權(quán)重值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于Adaboost算法的聯(lián)合頻譜感知方法，其特征在于，所 述融合中心接收每個(gè)所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端的所述檢測結(jié)果，根據(jù)所述訓(xùn)練序列采用 Adaboost算法得出每個(gè)所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端的對(duì)應(yīng)權(quán)重值，具體為： 步驟4. 1 :初始化迭代輪次t=l，首輪所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端中的任一個(gè)，即從用 戶i的從用戶權(quán)重i=l，2…見其中#是所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終端的數(shù)量，首輪所 述訓(xùn)練序列的權(quán)重
，J'=l，2…&其中S是所述訓(xùn)練序列的長度，&是所 述訓(xùn)練序列第j個(gè)時(shí)隙的頻譜使用狀態(tài)，A為訓(xùn)練序列中4=//,的樣本的總數(shù)，/為訓(xùn)練序 列中的樣本的總數(shù)； 步驟4. 2. I :計(jì)算第t輪更新的從用戶i的加權(quán)誤差i
其中&y是第t輪所述訓(xùn)練序列的權(quán)重，Ai(Si)是從用戶i對(duì)所述訓(xùn)練序列第j個(gè)時(shí) 隙的頻譜使用狀態(tài)的判斷結(jié)果； 步驟4. 2. 2 :找出滿萬
的從用戶，若則跳轉(zhuǎn)到步驟4. 3結(jié)束，否則 更新當(dāng)前
然后跳轉(zhuǎn)到步驟4. 2. 3 ; 其中是第t+Ι輪更新的從用戶i的從用戶權(quán)重； 步驟4. 2. 3 :更新第t+Ι輪所述訓(xùn)練序列的權(quán)重
，J'=l，2··· 歸一化
，戶1，2··4; t++，跳轉(zhuǎn)到步驟4. 2. 1 ; 步驟4. 3 :分別記錄N個(gè)從用戶最后的權(quán)重％。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于Adaboost算法的聯(lián)合頻譜感知方法，其特征在于，當(dāng)頻 譜感知訓(xùn)練結(jié)束后，所述授權(quán)用戶終端隨機(jī)占用頻譜進(jìn)行通信，所述至少兩個(gè)認(rèn)知用戶終 端各自實(shí)時(shí)檢測所述授權(quán)用戶終端的頻譜使用狀態(tài)并向所述融合中心上報(bào)檢測結(jié)果，所述 融合中心根據(jù)下式進(jìn)行集中總判決：
其中Ai為第i個(gè)從用戶的檢測結(jié)果取值，
【文檔編號(hào)】H04B17/382GK104394543SQ201410739148
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】鮑志強(qiáng), 凌翔, 吳斌, 陳亦歐 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)