專(zhuān)利名稱(chēng)：控制信道受限的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電合作頻譜感知方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域，具體涉及到一種認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電合作頻譜感知方法。
背景技術(shù)：
隨著無(wú)線(xiàn)服務(wù)和設(shè)備如移動(dòng)通信、公共安全、電視廣播等的出現(xiàn)和不斷發(fā)
展，許多頻段已經(jīng)被分配給授權(quán)用戶(hù)，然而數(shù)據(jù)融合中心FCC頻譜政策專(zhuān)責(zé) 小組的報(bào)告指出無(wú)論是收入富裕的城市地區(qū)，還是鄉(xiāng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)，其授權(quán)頻譜 資源均沒(méi)有得到充分的利用。這顯然加劇了對(duì)日趨緊張的頻譜資源的浪費(fèi)。采 用機(jī)會(huì)頻譜接入的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)被認(rèn)為是提高無(wú)線(xiàn)頻譜利用率的最佳方案 之一，參見(jiàn)以下三篇文章[l]、《頻譜政策專(zhuān)責(zé)小組的報(bào)告》(Federal Communications Commission, "Spectrum Policy Task Force Report" [R] Rep. ET Docketno. 02-135, Nov. 2002); [2]、《認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電讓軟件無(wú)線(xiàn)電更加個(gè)人化》
(J. Mitola and G. Q. Maguire, "Cognitive radio: Making software radios more personal" [J] IEEE Personal Communications, vol. 6, pp. 13—18， Aug. 1999); [3]、
《認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電智能的無(wú)線(xiàn)通信》(S. Haykin， "Cognitive radio: brain-empowered wireless communications" [J] IEEE J. Select. Areas Commun., vol. 23， pp. 201-220: Feb. 2005)。
由于二級(jí)用戶(hù)終端SU必須能夠隨時(shí)感知主用戶(hù)PU是否存在從而避免對(duì) 主用戶(hù)PU造成干擾，頻譜感知是認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電的重要環(huán)節(jié)。采用聯(lián)合檢測(cè)的方
法對(duì)頻譜進(jìn)行感知有效的解決了陰影衰落和隱藏終端帶來(lái)的問(wèn)題，參見(jiàn)以下兩
篇文章介紹[l]、《認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電頻譜感知的一些問(wèn)題KD. Cabric， S. M. Mishra, and R. W. Brodersen， "Implementation issues in spectrum sensing for cognitive radios" [A] inProc. of Asilomar Conf. on Signals, Systems, and Computers[C], Pacific Grove, CA， USA， Nov. 7-10, 2004, pp. 772 — 776); [2]、《用于衰落環(huán)境 中機(jī)會(huì)接入的頻譜感知》(A. Ghasemi and E. S. Sousa, "Collaborative spectrum sensing for opportunistic access in fading environments," [A] in Proc. 1st IEEE Symp. New Frontiers in Dynamic Spectrum Access Networks[C], Baltimore, USA,
5Nov. 8-11， 2005, pp. 131-136)，而這些問(wèn)題是單節(jié)點(diǎn)感知解決不了的。聯(lián)合檢 測(cè)需要各個(gè)二級(jí)用戶(hù)終端SU節(jié)點(diǎn)利用單節(jié)點(diǎn)檢測(cè)的方法(如能量檢測(cè)法)各 自完成對(duì)主用戶(hù)PU的檢測(cè)后將信息傳送到數(shù)據(jù)融合中心FC，數(shù)據(jù)融合中心 FC根據(jù)上述檢測(cè)信息得到信道是否被主用戶(hù)PU占用的結(jié)論，顯然，聯(lián)合檢 測(cè)需要一條控制信道傳遞各個(gè)節(jié)點(diǎn)的感知信息。然而，由于認(rèn)知用戶(hù)本身的非 授權(quán)性，控制信道的存在性、帶寬、信道質(zhì)量等往往具有不確定性，因此認(rèn)知 無(wú)線(xiàn)電中需要重點(diǎn)分析如何降低對(duì)控制信道的依賴(lài)性。
香港科技大學(xué)的文章《帶寬受限的聯(lián)合頻譜感知》(Chunhua Sim; Wei Zhang; Letaief, K.B. "Cooperative Spectrum Sensing for Cognitive Radios under Bandwidth Constraints"[A] Wireless Communications and Networking Conference[C〗，2007.WCNC 2007.正EE 11-15 March 2007 Page(s):l - 5)中提出 了一種忽略小信息含量判決結(jié)果的檢測(cè)方法，這種方法對(duì)控制信道的依賴(lài)性很 低，其性能也隨著對(duì)控制信道的依賴(lài)性降低而下降。
現(xiàn)有的"K"秩法對(duì)控制信道的依賴(lài)性相對(duì)略高，其性能也略好于香港科 技大學(xué)提出的方法。當(dāng)控制信道容量較大時(shí)，可以使用軟判決法對(duì)感知信息進(jìn) 行判決。解放軍理工大學(xué)的研究將在爭(zhēng)議比較小的范圍直接進(jìn)行判定，將爭(zhēng)議 比較大的范圍進(jìn)行量化，然后將結(jié)果發(fā)送到數(shù)據(jù)融合中心FC。這種方法實(shí)際 和軟判決方法沒(méi)有本質(zhì)差別，只是將最大量化值和最小量化值都變?yōu)橐晃?，?此降低對(duì)控制信道的占用。這些方法存在的普遍問(wèn)題是在控制信道受限的情況 下沒(méi)有達(dá)到最優(yōu)的感知性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電頻譜感知方法對(duì)控制信道依賴(lài)性強(qiáng)的問(wèn)題，本發(fā) 明提出一種控制信道受限的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電合作頻譜感知方法。
本發(fā)明的控制信道受限的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電合作頻譜感知方法是基于現(xiàn)有的無(wú) 線(xiàn)電通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，所述無(wú)線(xiàn)電通信系統(tǒng)包括N個(gè)二級(jí)用戶(hù)終端SUi和一個(gè) 數(shù)據(jù)融合中心FC，所述二級(jí)用戶(hù)終端SUi采用能量檢測(cè)器對(duì)主用戶(hù)PU進(jìn)行 檢測(cè)；每個(gè)二級(jí)用戶(hù)終端SUi得到的信號(hào)不相關(guān)并且有相同的統(tǒng)計(jì)特性；二級(jí) 用戶(hù)終端SUi接收信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性對(duì)于數(shù)據(jù)融合中心FC是已知的，信號(hào)噪聲 是方差為—的加性高斯白噪聲(AWGN)，所述二級(jí)用戶(hù)終端SUi在頻譜感知的過(guò)程中的接收信號(hào)服從檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?仏>;(2") = ",(2")
其中&為每次感知的采樣點(diǎn)數(shù)，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，m〉7TT，其中r 為采樣時(shí)間，『為信道帶寬，乂(2^表示二級(jí)用戶(hù)終端SUi的接收信號(hào)，s(2m」 表示主用戶(hù)PU的發(fā)射信號(hào)， (2^為方差為cr2的高斯白噪聲；所述主用戶(hù)PU 信號(hào)s(2^與噪聲",(2^不相關(guān)，本發(fā)明的感知方法為
系統(tǒng)中的二級(jí)用戶(hù)終端SUj的能量檢測(cè)器的觀(guān)測(cè)值O,為
Q=;=1 2 (2) 在信噪比為^ = ￡、/7^。時(shí)，服從分布
A:o, ;d(力 (3)
其中/分布的自由度為2m y為非中心/分布的偏移系數(shù)，二級(jí)用戶(hù)終 端SUi將獲得的觀(guān)測(cè)值Q經(jīng)過(guò)A/位量化處理后通過(guò)控制信道發(fā)送到數(shù)據(jù)融合
中心FC進(jìn)行數(shù)據(jù)融合；數(shù)據(jù)融合中心FC在數(shù)據(jù)融合時(shí)，由公式r:丄^D,獲
尺,=1
得判決統(tǒng)計(jì)量T， K為向數(shù)據(jù)融合中心FC發(fā)送信息的二級(jí)用戶(hù)終端SUi的個(gè) 數(shù)，其中0《K《N;數(shù)據(jù)融合中心FC將所述判決統(tǒng)計(jì)量T與數(shù)據(jù)融合門(mén)限^
比較獲得判決結(jié)果"。，當(dāng)所述判決結(jié)果A =0時(shí)表示該信道未被主用戶(hù)PU占 用，當(dāng)判決結(jié)果"。=1時(shí)表示該信道已被主用戶(hù)PU占用。
本發(fā)明中的二級(jí)用戶(hù)終端SUi在對(duì)獲得的觀(guān)測(cè)值O,進(jìn)行數(shù)據(jù)量化處理時(shí)， 首先判斷觀(guān)測(cè)值G是否在^和義2之間，其中義o-l/2(義!+義2)， A義會(huì)^-義。-4-4， 當(dāng)0,在^和義2之間時(shí)，二級(jí)用戶(hù)終端SUi不對(duì)觀(guān)測(cè)值O,進(jìn)行量化，也不向數(shù) 據(jù)融合中心FC發(fā)送任何信息；否則，二級(jí)用戶(hù)終端SUi對(duì)O,進(jìn)行M位量化，
并將量化結(jié)果發(fā)送至數(shù)據(jù)融合中心FC。
本發(fā)明中的二級(jí)用戶(hù)終端SUi對(duì)觀(guān)測(cè)值O,進(jìn)行M位量化處理的方法具體 為.-設(shè)々為量化門(mén)限，則發(fā)送的信息有丄=,種情況，其中Z為整數(shù)且0《/《1-/，以A。為中心點(diǎn)，在-oQ到A。之間取L/2個(gè)數(shù)分別為fc、 ~、 &2，其
中^為-oo，然后再在^到+co之間取L/2個(gè)數(shù)分別為&'、 ~2+/、……&，其 中&為+oo;其中&/2=^， &/2'=A2，當(dāng)<9,落在///2和^//之間時(shí)，不進(jìn)行量化， 否則，當(dāng)O,落在相鄰的兩個(gè)量化門(mén)限之間，即^和^7之間，則將Q量化為
上述量化門(mén)限A和/l2的選取方法為主用戶(hù)PU出現(xiàn)的概率由主用戶(hù)PU 的特性決定，假設(shè)主用戶(hù)不出現(xiàn)的概率P。 =P(A)，主用戶(hù)出現(xiàn)的概率^ =^諷)， 其中//()是主用戶(hù)不占用信道，//是主用戶(hù)占用信道，A是Q落在A(yíng)和義2之 間的概率，即二級(jí)用戶(hù)終端SUi不向數(shù)據(jù)融合中心FC發(fā)送信息的概率，在主 用戶(hù)沒(méi)占用信道時(shí)，單個(gè)二級(jí)用戶(hù)終端SUi不發(fā)信息的概率A。蘭AIH。，在主用 戶(hù)占用信道時(shí)，單個(gè)二級(jí)用戶(hù)終端SUi不發(fā)信息的概率A^AlH,，在量化位數(shù)
相同時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)控制信道占用量《^'的要求，即每次感知時(shí)數(shù)據(jù)融合中
心FC接收到的平均bit數(shù)與軟判決時(shí)數(shù)據(jù)融合中心FC接收到的平均bit數(shù)之 比為
U = (l-尸。A。-i^,)x羅 (4)
當(dāng)沒(méi)有任何二級(jí)用戶(hù)終端SUj向數(shù)據(jù)融合中心FC發(fā)送信息時(shí)，數(shù)據(jù)融合 中心FC無(wú)法做出判決，/ 表示數(shù)據(jù)融合中心FC無(wú)法判決的概率為 ^A, +尸。A。" (5)
將"、^、 zU歸一化為O厶V、 J義'，則根據(jù)A與V、 z/義'的關(guān)系(參見(jiàn) 圖2所示)和公式《，'=(1-戶(hù)。A。-i^)xl00%，根據(jù)對(duì)控制信道占用量的要求
《^'和/V ^得到滿(mǎn)足要求的門(mén)限^、 za的范圍股。
根據(jù)根據(jù)A與V、 d義怖關(guān)系(參見(jiàn)圖2所示')和公式/ K+P。A。w得到 滿(mǎn)足對(duì)"的要求的門(mén)限^、 zU的范圍股」
用蒙特卡洛仿真方法估計(jì)漏警概率PO/和頻譜空洞檢測(cè)概率戶(hù)(9D，根據(jù) 所述漏警概率尸(9/和頻譜空洞檢測(cè)概率尸(9D與數(shù)據(jù)融合門(mén)限義0、 ZU的關(guān)系，
獲得滿(mǎn)足漏警概率戶(hù)O/要求的數(shù)據(jù)融合門(mén)限義0、 ZU的范圍股3 ;
在股,門(mén)]^n股3中選擇可使頻譜空洞檢測(cè)概率POD最大的數(shù)據(jù)融合門(mén)限 值義0、 zU，由1/2(義+義2，義。，和A義全^-義。^A。-^獲得量化門(mén)限A和義2。
由于認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電的控制信道具有不確定性，并且需要準(zhǔn)確的感知主用戶(hù)是否存在進(jìn)而避免對(duì)主用戶(hù)造成干擾。本專(zhuān)利方法是對(duì)單個(gè)業(yè)務(wù)信道進(jìn)行聯(lián)合信 號(hào)檢測(cè)，適用于現(xiàn)有無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)框架，每個(gè)二級(jí)用戶(hù)終端SU采用能量 檢測(cè)的方式對(duì)感知信息進(jìn)行處理，處理之后經(jīng)過(guò)量化在控制信道中發(fā)送至數(shù)據(jù)
融合中心FC進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。在集中式網(wǎng)絡(luò)中，N個(gè)二級(jí)用戶(hù)終端SU將接收 到的感知信息進(jìn)行處理后發(fā)往基站，基站作為數(shù)據(jù)融合中心FC實(shí)行數(shù)據(jù)融合;
在分布式網(wǎng)絡(luò)中，可以使每個(gè)二級(jí)用戶(hù)終端su都具有數(shù)據(jù)融合功能，也可以
使部分二級(jí)用戶(hù)終端SU具有數(shù)據(jù)融合功能。本專(zhuān)利方法中的量化方法能夠?qū)?對(duì)感知性能和控制信道傳輸數(shù)據(jù)量進(jìn)行折中。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有(1)降低了認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電聯(lián)合頻譜感控制信道中傳輸數(shù) 據(jù)量，并能夠降低判決中心無(wú)法作出判決的概率；(2)與現(xiàn)有的"K"秩法相 比較，在考慮對(duì)控制信道的依賴(lài)性前提下提高了性能；(3)與現(xiàn)有的軟判決法 相比較，在犧牲少許性能的情況下大大降低了對(duì)控制信道的依賴(lài)性。
本發(fā)明的控制信道受限的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電合作頻譜感知方法用于對(duì)認(rèn)知無(wú)線(xiàn) 電通信系統(tǒng)的聯(lián)合頻譜感知，并在控制信道受限的情況下，能夠有效的對(duì)控制 信道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量與感知性能進(jìn)行折中，在保證頻譜感知性能的前提下盡可 能降低對(duì)控制信道的依賴(lài)。


圖1是具體實(shí)施方式
一中所述的無(wú)線(xiàn)感知模型的示意圖；圖2是數(shù)據(jù)融合 門(mén)限義。和ZU對(duì)觀(guān)測(cè)量(9i落在義,和義2之間的概率A的影響，圖中^1， 2;圖 3是表示數(shù)據(jù)融合中心FC無(wú)法判決的概率-與觀(guān)測(cè)量G落在人和義2之間的 概率A和二級(jí)用戶(hù)終端SUi的個(gè)數(shù)N之間的關(guān)系，圖中j^， 2;圖4是釆用 現(xiàn)有的量化全部信息(A二O)的軟判決(SD)法的漏警概率與各個(gè)參數(shù)的關(guān)系 圖；圖5至圖8分別是當(dāng)AA為5、 10、 20和30的前提下，采用本發(fā)明所述 的方法與采用現(xiàn)有的量化全部信息(A^O)的軟判決(SD)法相比較的漏警概率 P(9/與各個(gè)參數(shù)的關(guān)系圖；圖9至圖12分別是當(dāng)M為5、 10、 20和30的前 提下，本發(fā)明所述的方法與現(xiàn)有的"K"秩法各個(gè)參數(shù)的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
本實(shí)施方式的方法是基于現(xiàn)有的無(wú)線(xiàn)電通信系統(tǒng)上的，所述無(wú)線(xiàn)電通信系 統(tǒng)包括N個(gè)二級(jí)用戶(hù)終端SUi和一個(gè)數(shù)據(jù)融合中心FC，所述二級(jí)用戶(hù)終端SUi 9采用能量檢測(cè)器對(duì)主用戶(hù)PU進(jìn)行檢測(cè)；每個(gè)二級(jí)用戶(hù)終端SUi得到的信號(hào)不 相關(guān)并且有相同的統(tǒng)計(jì)特性；二級(jí)用戶(hù)終端SUi接收信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性對(duì)于數(shù)據(jù)
融合中心FC是己知的，信號(hào)噪聲是方差為^的加性高斯白噪聲(AWGN)，所
述二級(jí)用戶(hù)終端SUj在頻譜感知的過(guò)程中的接收信號(hào)服從檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?F0:y,(2") = ",(2")
其中2"為每次感知的采樣點(diǎn)數(shù)，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，n〉r『，其中r
為采樣時(shí)間，『為信道帶寬，乂Y2"9表示二級(jí)用戶(hù)終端SUi的接收信號(hào)，<2
表示主用戶(hù)PU的發(fā)射信號(hào)，",/2^為方差為C72的高斯白噪聲；所述主用戶(hù)PU 信號(hào)<2^與噪聲 (2"卩不相關(guān)，本實(shí)施方式的感知方法為
系統(tǒng)中的二級(jí)用戶(hù)終端SUj的能量檢測(cè)器的觀(guān)測(cè)值(9,為
1>,2[刀
(2) cr么
在信噪比為/ = ￡、/^。時(shí)，服從分布
"i (3) 其中/分布的自由度為2"， /為非中心f分布的偏移系數(shù)，二級(jí)用戶(hù)終 端SUi將獲得的觀(guān)測(cè)值Q經(jīng)過(guò)M位量化處理后通過(guò)控制信道發(fā)送到數(shù)據(jù)融合
中心FC進(jìn)行數(shù)據(jù)融合；數(shù)據(jù)融合中心FC在數(shù)據(jù)融合時(shí)，由公式7^丄堂Z),獲
得判決統(tǒng)計(jì)量T，《為向數(shù)據(jù)融合中心FC發(fā)送信息的二級(jí)用戶(hù)終端SUi的個(gè) 數(shù)，其中0《K《N;數(shù)據(jù)融合中心FC將所述判決統(tǒng)計(jì)量T與數(shù)據(jù)融合門(mén)限^
比較獲得判決結(jié)果A，當(dāng)所述判決結(jié)果A^O時(shí)表示該信道未被主用戶(hù)PU占 用，當(dāng)判決結(jié)果D。4時(shí)表示該信道已被主用戶(hù)PU占用。
本實(shí)施方式中的二級(jí)用戶(hù)終端SUj在對(duì)獲得的觀(guān)測(cè)值Q進(jìn)行數(shù)據(jù)量化處
理時(shí)，首先判斷觀(guān)測(cè)值0,是否在^和義2之間，其中^和義2是量化門(mén)限，并且
義o二l/2(義,+義2)，且a;l全^-^=義。-A，當(dāng)0,在義,和義2之間時(shí)，二級(jí)用戶(hù)終端SUi 不對(duì)觀(guān)測(cè)值Q進(jìn)行量化，也不向數(shù)據(jù)融合中心FC發(fā)送任何信息；否則，二級(jí)
10用戶(hù)終端SUi對(duì)a進(jìn)行M位量化，并將量化結(jié)果發(fā)送至數(shù)據(jù)融合中心FC。
由于衰落等不利因素的影響，當(dāng)觀(guān)測(cè)值Q在^和義2之間時(shí)，其攜帶的信
息量很小，讓這樣的信息在控制信道中傳輸顯然是對(duì)控制信道的浪費(fèi)，因此，
當(dāng)一個(gè)二級(jí)用戶(hù)終端sui的能量檢測(cè)器的觀(guān)測(cè)值o,在^和;i2之間時(shí)，二級(jí)用 戶(hù)終端su不向數(shù)據(jù)融合中心fc發(fā)送任何信息，以節(jié)約資源。
本實(shí)施方式中，二級(jí)用戶(hù)終端SUi對(duì)觀(guān)測(cè)值O,.進(jìn)行ikr位量化處理的方法
具體為設(shè)f,為量化門(mén)限，則發(fā)送的信息有丄=,種情況，其中/為整數(shù)且o
《/《i-h以^為中心點(diǎn)，在-ao到義。之間取L/2個(gè)數(shù)分別為&、 &，
其中^為-》，然后再在義。到+oo之間取L/2個(gè)數(shù)分別為&/2'、 &/2+/、……^， 其中&為+a);其中&/2=^， 當(dāng)Q落在^2和4,/之間時(shí)，不進(jìn)行量化，
否則，當(dāng)Q落在相鄰的兩個(gè)量化門(mén)限之間，即^和仏/之間，則將O,量化為 Df=/+10
本實(shí)施方式中的量化門(mén)限A和&的選取方法為主用戶(hù)PU出現(xiàn)的概率由 主用戶(hù)PU的特性決定，假設(shè)主用戶(hù)不出現(xiàn)的概率^=戶(hù)(//。)，主用戶(hù)出現(xiàn)的概 率^ 其中/7()是主用戶(hù)不占用信道，//,是主用戶(hù)占用信道，A是O,.
落在^和義2之間的概率，即二級(jí)用戶(hù)終端SUi不向數(shù)據(jù)融合中心FC發(fā)送信息 的概率，在主用戶(hù)沒(méi)占用信道時(shí)，單個(gè)二級(jí)用戶(hù)終端SUi不發(fā)信息的概率 A。蘭AIH。，在主用戶(hù)占用信道時(shí)，單個(gè)二級(jí)用戶(hù)終端SUi不發(fā)信息的概率 A,蘭AIH,，在量化位數(shù)相同時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)控制信道占用量K。^的要求，即 每次感知時(shí)數(shù)據(jù)融合中心FC接收到的平均bit數(shù)與軟判決時(shí)數(shù)據(jù)融合中心FC
接收到的平均bit數(shù)之比為
U +尸oA。,)x畫(huà) (4)
當(dāng)沒(méi)有任何二級(jí)用戶(hù)終端SUj向數(shù)據(jù)融合中心FC發(fā)送信息時(shí)，數(shù)據(jù)融合 中心FC無(wú)法做出判決，-表示數(shù)據(jù)融合中心FC無(wú)法判決的概率為 / -SV +戶(hù)oA/ (5)
將"、義0、 zU歸一化為O,.'、 V、 J義'，則根據(jù)A與V、 /U'的關(guān)系(參見(jiàn) 圖2所示)和公式^ = (1-P。A。-仏)><100%，根據(jù)對(duì)控制信道占用量的要求
;^g鄰iV A得到滿(mǎn)足要求的門(mén)限^、 ^的范圍股1;
根據(jù)根據(jù)A與^'、 zU'的關(guān)系(參見(jiàn)圖2所示)和公式^K+《V得到
11滿(mǎn)足對(duì)"的要求的門(mén)限^、 ZU的范圍股2;
用蒙特卡洛仿真方法估計(jì)漏警概率戶(hù)0/和頻譜空洞檢測(cè)概率P(9Z)，根據(jù)
所述漏警概率PO/和頻譜空洞檢測(cè)概率戶(hù)OD與數(shù)據(jù)融合門(mén)限義。、的關(guān)系，
獲得滿(mǎn)足漏警概率PO/要求的數(shù)據(jù)融合門(mén)限^、 Zl/i的范圍吸3 ;
在股,n股2n股3中選擇可使頻譜空洞檢測(cè)概率P(9Z)最大的數(shù)據(jù)融合門(mén)限
值義0、 ZU，由1/2(^+義2)=義0，和A義蘭4-^=4-4獲得量化門(mén)限^和義2。
現(xiàn)有無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)中的各個(gè)二級(jí)用戶(hù)終端SUi有一定的距離，可以認(rèn)為它們得 到的信號(hào)是相互獨(dú)立的，而由于二級(jí)用戶(hù)終端SUi離主用戶(hù)PU相對(duì)較遠(yuǎn)，各 個(gè)二級(jí)用戶(hù)終端SUi接收到的主用戶(hù)PU信號(hào)具有相同的統(tǒng)計(jì)特性，即噪聲具 有相同的功率譜密度，接收到的主用戶(hù)PU信號(hào)具有相同的信噪比。 一般情況 下，主用戶(hù)PU信號(hào)^2^與噪聲w,(2^是不相關(guān)的，所以本專(zhuān)利方法適用于現(xiàn) 有的無(wú)線(xiàn)通訊系統(tǒng)中。
本實(shí)施方式所述的控制信道受限的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電合作頻譜感知方法與現(xiàn)有 技術(shù)相比較的優(yōu)點(diǎn)有.-
一、 能夠降低認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電聯(lián)合頻譜感控制信道中傳輸數(shù)據(jù)量。 將本方法的性能與量化全部信息(^0)的軟判決(SD庫(kù)相比較，比較的環(huán)
境為
一共有10個(gè)二級(jí)用戶(hù)終端SUi，即N40;主用戶(hù)PU與任意一個(gè)二級(jí)用 戶(hù)終端SUi之間的信噪比SW 均為10dB; A)=0.5， P產(chǎn)0.5;每次感知針對(duì)一個(gè) 信道采樣80次，即11=40。比較結(jié)果如圖4至圖8，其中《。^為百分比，"、 尸OZ)、尸(9/)^為概率。
這樣當(dāng)主用戶(hù)占用信道時(shí)，二級(jí)用戶(hù)沒(méi)有感知到，于是接入信道，對(duì)主用 戶(hù)造成干擾，這是很?chē)?yán)重的，所以認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電要把漏警概率PO/限制的很小。
由圖可見(jiàn)，在^=5時(shí)，本方法與SD法感知性能幾乎相同，但是控制信 道的數(shù)據(jù)量降低了近20%;在^義=10時(shí)，控制信道數(shù)據(jù)量降低了近50%，而 檢測(cè)性能降低得并不多；zO20和zU40時(shí)，雖然控制信道的數(shù)據(jù)量大大降低 了，檢測(cè)性能也降低了很多，并且在zU-30時(shí)，"顯著增大。
二、 根據(jù)控制信道傳輸數(shù)據(jù)量的要求提高感知性能；
當(dāng)控制信道允許的情況下，采用在控制信道中傳輸一位信息的"K"秩法將是對(duì)控制信道的浪費(fèi)。將本方法的性能與"K"秩法相比較，比較環(huán)境同上， 參見(jiàn)圖9至圖12:
由圖9至圖12可知，在zU-5、 10、 20、 30時(shí)，本方法的性能要明顯優(yōu)于 "K"秩法。隨著zU的增大，感知性能不斷下降，當(dāng)zU-30時(shí)，感知性能已 經(jīng)下降到與"K"秩法相近的程度。但是根據(jù)圖9至圖12可知，當(dāng)量化位數(shù) 小于15時(shí)，ZU=30的感知方法比"K"秩法占用的控制信道要??；當(dāng)量化位數(shù) 小于5時(shí)，zU=20的感知方法比"K"秩法占用的控制信道要小。
在香港科技大學(xué)的《帶寬受限的聯(lián)合頻譜感知》中提出的一種忽略小信息 含量判決結(jié)果的檢測(cè)方法，所述方法占用的控制信道容量比"K"秩法更小， 但是，它只是去掉了信息含量小的部分，SUi在每次感知時(shí)，或者發(fā)送l位信 息，或者不發(fā)送信息，其性能也不如"K"秩法。而本專(zhuān)利對(duì)信息進(jìn)行了量化 處理，其感知性能要比該方法好得多。 -
根據(jù)上述對(duì)比可知，本實(shí)施方式所述的控制信道受限的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電合作頻 譜感知方法，能夠根據(jù)系統(tǒng)要求調(diào)整頻譜感知性能和信道傳輸數(shù)據(jù)量的關(guān)系， 給出相應(yīng)的感知參數(shù)設(shè)置方式(如取值范圍和門(mén)限)。
權(quán)利要求
1、控制信道受限的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電合作頻譜感知方法，它是基于現(xiàn)有的無(wú)線(xiàn)電通信系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的，所述無(wú)線(xiàn)電通信系統(tǒng)包括N個(gè)二級(jí)用戶(hù)終端SUi和一個(gè)數(shù)據(jù)融合中心FC，所述二級(jí)用戶(hù)終端SUi采用能量檢測(cè)器對(duì)主用戶(hù)PU進(jìn)行檢測(cè)；每個(gè)二級(jí)用戶(hù)終端SUi得到的信號(hào)不相關(guān)并且有相同的統(tǒng)計(jì)特性；二級(jí)用戶(hù)終端SUi接收信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性對(duì)于數(shù)據(jù)融合中心FC是已知的，信號(hào)噪聲是方差為σ2的加性高斯白噪聲，所述二級(jí)用戶(hù)終端SUi在頻譜感知的過(guò)程中的接收信號(hào)服從檢驗(yàn)?zāi)Ｐ虷0yi(2n)＝ni(2n)H1yi(2n)＝s(2n)+n1(2n)，其中2n為每次感知的采樣點(diǎn)數(shù)，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，n>TW，其中T為采樣時(shí)間，W為信道帶寬，yi(2n)表示二級(jí)用戶(hù)終端SUi的接收信號(hào)，s(2n)表示主用戶(hù)PU的發(fā)射信號(hào)，ni(2n)為方差為σ2的高斯白噪聲；所述主用戶(hù)PU信號(hào)s(2n)與噪聲ni(2n)不相關(guān)，本實(shí)施方式的感知方法為系統(tǒng)中的二級(jí)用戶(hù)終端SUi的能量檢測(cè)器的觀(guān)測(cè)值Oi為在信噪比為γ＝Es/N0時(shí)，服從分布其中x2分布的自由度為2n，γ為非中心x2分布的偏移系數(shù)；二級(jí)用戶(hù)終端SUi將獲得的觀(guān)測(cè)值Oi經(jīng)過(guò)M位量化處理后通過(guò)控制信道發(fā)送到數(shù)據(jù)融合中心FC進(jìn)行數(shù)據(jù)融合；數(shù)據(jù)融合中心FC在數(shù)據(jù)融合時(shí)，由公式獲得判決統(tǒng)計(jì)量T，K為向數(shù)據(jù)融合中心FC發(fā)送信息的二級(jí)用戶(hù)終端SUi的個(gè)數(shù)，其中0≤K≤N；數(shù)據(jù)融合中心FC將所述判決統(tǒng)計(jì)量T與數(shù)據(jù)融合門(mén)限λ0比較獲得判決結(jié)果D0，當(dāng)所述判決結(jié)果D0＝0時(shí)表示該信道未被主用戶(hù)PU占用，當(dāng)判決結(jié)果D0＝1時(shí)表示該信道已被主用戶(hù)PU占用；其特征在于，所述二級(jí)用戶(hù)終端SUi在對(duì)獲得的觀(guān)測(cè)值Oi進(jìn)行數(shù)據(jù)量化處理時(shí)，首先判斷觀(guān)測(cè)值Oi是否在λ1和λ2之間，其中λ1和λ2是量化門(mén)限，并且λ0＝1/2(λ1+λ2)，當(dāng)Oi在λ1和λ2之間時(shí)，二級(jí)用戶(hù)終端SUi不對(duì)觀(guān)測(cè)值Oi進(jìn)行量化，也不向數(shù)據(jù)融合中心FC發(fā)送任何信息；否則，二級(jí)用戶(hù)終端SUi對(duì)Oi進(jìn)行M位量化，并將量化結(jié)果發(fā)送至數(shù)據(jù)融合中心FC。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制信道受限的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電合作頻譜感知方法， 其特征在于，所述二級(jí)用戶(hù)終端SUi對(duì)觀(guān)測(cè)值O,進(jìn)行M位量化處理的方法具 體為設(shè)f;為量化門(mén)限，則發(fā)送的信息有^ = 2"種情況，其中/為整數(shù)且0《 《U，以A。為中心點(diǎn)，在-oo到A。之間取L/2個(gè)數(shù)分別為f。、 ~、……&， 其中f。為-oo，然后再在A(yíng)。到+oo之間取L/2個(gè)數(shù)分別為&/2'、 &/2+7、……&， 其中^為+①；其中&=^， &/2'=A2，當(dāng)Q落在///2和^//之間時(shí)，不進(jìn)行量化， 否則，當(dāng)O,落在相鄰的兩個(gè)量化門(mén)限之間，即^和。w之間，則將(9,量化為 D產(chǎn)/十l。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制信道受限的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電合作頻譜感知方法， 其特征在于，所述量化門(mén)限A和/l2的選取方法為主用戶(hù)PU出現(xiàn)的概率由主用戶(hù)PU的特性決定，假設(shè)主用戶(hù)不出現(xiàn)的概率^=戶(hù)(//。)，主用戶(hù)出現(xiàn)的概率《= (^)，其中i/o是主用戶(hù)不占用信道，是主用戶(hù)占用信道，A是(9,落在A(yíng)和義2之間的概率，即二級(jí)用戶(hù)終端SUi不 向數(shù)據(jù)融合中心FC發(fā)送信息的概率，在主用戶(hù)沒(méi)占用信道時(shí)，單個(gè)二級(jí)用戶(hù) 終端SUi不發(fā)信息的概率A。纟AIH。，在主用戶(hù)占用信道時(shí)，單個(gè)二級(jí)用戶(hù)終端 SUi不發(fā)信息的概率A,蘭AIH,，在量化位數(shù)相同時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)控制信道占 用量iC^'的要求，即每次感知時(shí)數(shù)據(jù)融合中心FC接收到的平均bit數(shù)與軟判決時(shí)數(shù)據(jù)融合中心FC接收到的平均bit數(shù)之比為(g ' = (1 -尸。A。 - ) x 100% ;當(dāng)沒(méi)有任何二級(jí)用戶(hù)終端SUi向數(shù)據(jù)融合中心FC發(fā)送信息時(shí)，數(shù)據(jù)融合 中心FC無(wú)法做出判決，/ 表示數(shù)據(jù)融合中心FC無(wú)法判決的概率為將<9,、 ^、 zU歸一化為(9,'、 V、 zU'，則由A與^、 z/義怖關(guān)系和公式《,,'=(1-P。A。-i^)x100。/。，根據(jù)對(duì)控制信道占用量的要求I^鄰尸。、乃得到滿(mǎn)足要求的門(mén)限^、 //義的范圍股1;根據(jù)根據(jù)zx與v、 ^'的關(guān)系和公式^K + p。c得到滿(mǎn)足對(duì)"的要求的門(mén)限義0、 ZU的范圍股2;用蒙特卡洛仿真方法估計(jì)漏警概率PO/和頻譜空洞檢測(cè)概率P(9D，根據(jù) 所述漏警概率尸0/和頻譜空洞檢測(cè)概率POD與數(shù)據(jù)融合門(mén)限義。、/U的關(guān)系，獲得滿(mǎn)足漏警概寧尸0/要求的數(shù)據(jù)融合門(mén)限^、 ZU的范圍股3 ;在股,n吸2fi股3中選擇可使頻譜空洞檢測(cè)概率尸(9D最大的數(shù)據(jù)融合門(mén)限值^、 ZU，由1/2(義^2"^禾口M蘭^-4獲得量化門(mén)限^和義2。
全文摘要
控制信道受限的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電合作頻譜感知方法，屬于無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域。這種方法解決了現(xiàn)有認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電頻譜感知方法對(duì)控制信道依賴(lài)性強(qiáng)的問(wèn)題。由于認(rèn)知用戶(hù)本身的非授權(quán)性，控制信道的存在性以及控制信道的帶寬、信道質(zhì)量都具有不確定性。認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電需要在保證頻譜感知性能的前提下盡可能降低對(duì)控制信道的依賴(lài)。在本方法中，當(dāng)觀(guān)測(cè)值O_i在λ₁和λ₂之間時(shí)，二級(jí)用戶(hù)SU_i不對(duì)其進(jìn)行量化處理，也不發(fā)送任何信息，以節(jié)約控制信道的資源；當(dāng)觀(guān)測(cè)值O_i不在λ₁和λ₂之間時(shí)，SU_i對(duì)O_i進(jìn)行量化，并將量化結(jié)果發(fā)送至數(shù)據(jù)融合中心FC。本發(fā)明在保證感知性能的前提下降低了認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電頻譜感知過(guò)程對(duì)公共控制信道的依賴(lài)性。
文檔編號(hào)H04B17/00GK101488814SQ200910071438
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2009年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者盧為黨, 張乃通, 張繼良, 張欽宇, 洋 汪 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)