專利名稱：一種認知無線電并行合作頻譜感知方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種認知無線電頻譜感知技術(shù)領(lǐng)域的并行合作頻譜感知方法。
背景技術(shù)：
隨著人們對無線通信需求的迅速增長，頻譜資源緊缺的問題日益嚴(yán)重。傳統(tǒng)的固定頻譜分配方法已經(jīng)不能滿足人們對頻譜日益增長的需要。認知無線電技術(shù)改變以往固定的頻譜分配方式，使非授權(quán)用戶可以在不影響授權(quán)用戶的情況下靈活使用頻譜，為解決頻譜資源緊缺的問題提供了一種有效的解決方案，是未來通信發(fā)展的必然趨勢。認知無線電實現(xiàn)的關(guān)鍵和前提是有效的頻譜感知技術(shù)。合作頻譜感知技術(shù)是目前廣泛采用的頻譜感知方法，它通過將多個處于不同位置的單節(jié)點的檢測結(jié)果進行收集和處理，得到頻譜的占用情況，從而能夠有效地解決由于信道衰落和陰影效應(yīng)導(dǎo)致的單節(jié)點感知結(jié)果不準(zhǔn)確的問題。對于具有多個子信道的頻譜感知，為了減少感知時間和系統(tǒng)開銷，往往需要多個認知用戶同時檢測不同的子信道，達到在一個檢測周期獲得多個子信道占用情況的目的，即并行合作頻譜感知技術(shù)。在并行頻譜感知技術(shù)中，最重要的問題是確定感知方法，即哪些認知用戶在何時檢測哪些子信道，以達到最大的系統(tǒng)效益。針對該問題，Sheng Li Xie, Yi Liu , Yan Zhang, Rong Yu, " A parallel cooperativespectrum sensing in cognitive radio networks," IEEE Transactions on VehicularTechnology, vol.59, pp.4079-4092, 2010 一文提出一種并行合作頻譜感知方法,該方法能夠最優(yōu)的選擇參加頻譜感知的認知用戶數(shù)及判決門限值，但沒有考慮不同用戶對不同子信道感知性倉泛的差異。Behzad Shahrasbi, Nazanin Rahnavard, " Cooperative parallelspectrum sensing in cognitive radio networks using bipartite matching, " inMilitary communications conference, 2011-MILC0M2011, 2011, pp.19-24—文將并行合作頻譜感知問題等效成一個二分圖求最優(yōu)匹配的問題，利用匈牙利算法得到最優(yōu)的頻譜感知方法，但是該方法僅考慮一個子信道僅由一個用戶感知的情況，由于信道衰落和陰影效應(yīng)的影響，單個用戶的感知結(jié)果可能并不準(zhǔn)確。文章Wang Zaili, Feng Zhiyong, ZhangPing, " An Iterative Hungarian Algorithm Based Coordinated Spectrum SensingStrategy, " IEEE Communications Letters, vol.15, pp.49-51,2011 和文章 Zai LiWang, Zhi Yong Feng, Di Zhang, Jian Tao Xue, Ping Zhang, " Optimized strategiesfor coordinated spectrum sensing in Cognitive Radio Networks, " in201ISixthInternational ICST Conference on Cognitive Radio Oriented Wireless Networksand Communications (CROffNCOM) ,2011,pp.96-100分另提出了使用迭代匈牙利算法和迭代Kuhn-Munkres (KM)算法進行并行頻譜感知的方法，但是這兩種方法只考慮檢測的準(zhǔn)確性，而沒有考慮感知開銷和系統(tǒng)效益的問題，而且由于該方法沒有完善的終止條件，導(dǎo)致需要較多的認知用戶來進行頻譜感知，這將會嚴(yán)重增加認知用戶的能量消耗，以及增大系統(tǒng)的虛警概率。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種認知無線電并行合作頻譜感知方法，該方法可以克服現(xiàn)有并行合作頻譜感知方法僅考慮檢測準(zhǔn)確性和需要較多用戶進行感知的不足，在充分考慮感知開銷和系統(tǒng)效益的基礎(chǔ)上，最優(yōu)的確定感知方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:該認知無線電并行合作頻譜感知方法包括下列系統(tǒng)模型:在一個由一個融合中心和N個認知用戶構(gòu)成的集中式認知無線電網(wǎng)絡(luò)中，感知對象為M個子信道；定義感知開銷為認知用戶因頻譜感知任務(wù)所減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，設(shè)Rc/為認知用戶η的傳輸速率，其中η = 1，2，...，N，則認知用戶η的感知開銷On為On = RcrnTs (I)其中，Ts為感知時隙；定義傳輸收益為子信道用于認知用戶傳輸時單位時間內(nèi)所能傳輸?shù)钠骄行?shù)據(jù)量，子信道用于認知用戶傳輸時分為兩種情況:第一種情況是信道空閑且被認知用戶正確感知時，第二種情況是信道被主用戶占用，但被認知用戶錯誤感知而誤認為是空閑時，對于第二種情況，可以看成是對傳輸收益的懲罰函數(shù)，設(shè)R。；1為子信道m(xù)的傳輸速率，Pd ch =[pd_chm] 為各子信道的檢測概率矢量，pf_ch = [Pf_chm] 為各子信道的虛警概率矢量，其中Pd—d:和pf—thm分別為認知網(wǎng)絡(luò)對子信道m(xù)的檢測概率和虛警概率，則子信道m(xù)(m= 1，2，...，M)的傳輸收益Gm為Gffl = RchmTrPon[l-Pf chm]-Rchm(l-Pon) [1-Pd—chm]Tr δ (2)其中:Tr為傳輸時隙，PmS子信道空閑的概率，δ為懲罰因子；設(shè)X= [Χ ]ΜΧΝ為分配矩陣，當(dāng)認知用戶η被分配感知子信道m(xù)時，χ = 1，否則Xnm = O ;則分配X時的總系統(tǒng)效益Uall⑴可以定義為總傳輸收益和總感知開銷之差
權(quán)利要求
1.一種認知無線電并行合作頻譜感知方法，包括下列系統(tǒng)模型: 在一個由一個融合中心和N個認知用戶構(gòu)成的集中式認知無線電網(wǎng)絡(luò)中，感知對象為M個子信道； 定義感知開銷為認知用戶因頻譜感知任務(wù)所減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，設(shè)Rc/為認知用戶η的傳輸速率，其中η = 1，2，...，N，則認知用戶η的感知開銷On為On = RcrnTs (I) 其中，Ts為感知時隙； 定義傳輸收益為子信道用于認知用戶傳輸時單位時間內(nèi)所能傳輸?shù)钠骄行?shù)據(jù)量，子信道用于認知用戶傳輸時分為兩種情況:第一種情況是信道空閑且被認知用戶正確感知時，第二種情況是信道被主用戶占用，但被認知用戶錯誤感知而誤認為是空閑時，對于第二種情況，可以看成是對傳輸收益的懲罰函數(shù)，設(shè)R。；1為子信道m(xù)的傳輸速率，Pd ch = [Pd chmJ 為各子信道的檢測概率矢量，Pf_ch[Pf_chm] 為各子信道的虛警概率矢量，其中Pd—J和Pwm分別為認知網(wǎng)絡(luò)對子信道m(xù)的檢測概率和虛警概率，則信道m(xù)(m = 1,2,...，M)的傳輸收益Gm為Gm = RchmTrPon[l-Pf chm]-Rchm(l-Pon) [1-Pd_chm]Tr δ(2) 其中:!；為傳輸時隙，PmS子信道空閑的概率，δ為懲罰因子； 設(shè)X= [xmn]MXN為分配矩陣，當(dāng)認知用戶η被分配感知子信道m(xù)時，廣=1，否則Xmn =O ;則分配X時的總系統(tǒng)效益Uall(X)可以定義為總傳輸收益和總感知開銷之差
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的認知無線電并行合作頻譜感知方法，其特征是:其并行合作頻譜感知方法是按照如下步驟得到的: 步驟I初始化認知用戶數(shù)N，子信道數(shù)Μ，系統(tǒng)所允許的最大虛警概率Qfa，系統(tǒng)要求的檢測概率Pd—各認知用戶感知的虛警概率Pf，傳輸時隙 ；，感知時隙Ts，懲罰因子δ，認知用戶傳輸速率Rran，n = 1，2，...，N，子信道傳輸速率Rehm，m= 1，2，...，M，子信道空閑的概率Pm，檢測概率矩陣Pd= [Pdmn]MXN，其中Pdmn為認知用戶η感知子信道m(xù)的檢測概率。置分配矩陣X = O，當(dāng)前迭代最優(yōu)分配矩陣Xtl = O，各子信道的檢測概率矢量Pd Α = O以及各子信道的虛警概率矢量Poh = O，利用以下公式計算每個子信道允許的最大的參加合作感知的認知用戶數(shù)N。?！猰ax ；
全文摘要
一種認知無線電并行合作頻譜感知方法，該方法首先根據(jù)定義的感知開銷和傳輸收益，計算系統(tǒng)效益矩陣，運用Kuhn-Munkres算法，為每一個認知用戶分配一個子信道進行感知，如果存在剩余的認知用戶，則計算系統(tǒng)效益增量矩陣，然后迭代使用Kuhn-Munkres算法最優(yōu)地為子信道繼續(xù)分配認知用戶與之前分配的認知用戶一同對子信道進行合作感知。該并行合作頻譜感知方法充分考慮感知開銷、系統(tǒng)效益以及不同認知用戶對不同子信道感知性能的差異，克服了現(xiàn)有并行合作頻譜感知方法僅考慮檢測準(zhǔn)確性和需要較多用戶進行感知的不足，能夠最優(yōu)的確定感知策略，有效的提高系統(tǒng)效益，減少參加合作感知的認知用戶數(shù)。
文檔編號H04W16/14GK103237310SQ20131011819
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月8日
發(fā)明者富爽, 杜紅, 賈美娟, 孟艷君 申請人:黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)