一種新型的基于能量檢測的雙門限協(xié)作頻譜感知算法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線系統(tǒng)的頻譜感知技術領域。
【背景技術】
[0002] 頻譜感知是認知無線系統(tǒng)最為關鍵的技術之一，目前各個國家都在開展研究，頻 譜感知的主要任務是快速識別出信道占用狀況，確定哪些頻段為空閑頻段，從而將其賦給 次用戶進行通信。在實際運行的無線通信網(wǎng)絡中，往往有很多個認知用戶和授權用戶存在。 若授權用戶發(fā)射機覆蓋范圍半徑為R，認知用戶1、2、3在此區(qū)域內，認知用戶4落在此區(qū)域 外。當認知用戶1和認知用戶3與授權用戶發(fā)射機之間有巨大障礙物時，認知用戶1和認 知用戶3將處于不利的位置上，極有可能無法接收到授權用戶的信號信息；認知用戶4由于 處于所覆蓋范圍外，可能根本接收不到授權用戶信息，這些情況都導致認知用戶無法判斷 出授權用戶是否存在，從而導致認知用戶做出錯誤的頻譜檢測判決。
[0003] 認知用戶單獨的對頻譜進行檢測，由于所在的位置不同，實際通信信道受到外界 各種干擾源的影響、遮蔽效應以及多徑衰落均不相同，信道性能好的，衰減小的認知用戶能 更準確的檢測授權用戶是否存在，而信道性能差的處在惡劣條件下認知用戶則不能很好的 檢測授權用戶是否存在，會出現(xiàn)隱蔽終端問題，但依據(jù)判決結果卻強行占用信道，顯然基于 單個認知用戶頻譜檢測具有一定的局限性，判決結果具有一定的不確定性。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種一種新型的基于能量檢測的雙門限協(xié)作頻譜感知算法， 是為了解決現(xiàn)有快速識別出信道占用狀況時，但依據(jù)判決結果卻強行占用信道，顯然基于 單個認知用戶頻譜檢測具有一定的局限性，判決結果存在一定的不確定性的問題。
[0005] 所述的目的是通過以下方案實現(xiàn)的：所述的一種新型的基于能量檢測的雙門限協(xié) 作頻譜感知算法，它的方法步驟為：
[0006] 步驟一：考慮一個中心單元或者基站和M個認知用戶參與合作頻譜感知；中心單 元負責管理認知無線電網(wǎng)絡和所有的M個合作認知用戶；在此網(wǎng)絡中假設每個認知用戶進 行本地感知的過程是相互獨立的，均采用雙門限能量頻譜感知算法來進行；第i個合作認 知用戶的感知情況，檢測模型表示如下：
[0008] 式中，s(n)為輸入的授權用戶信息，假設服從均值為零，方差為< 的正態(tài)分布， w(n)為高斯白噪聲，服從均值為零，方差為^4的正態(tài)分布，&表示測試端只有噪聲,H1表示 測試端有授權用戶信息和噪聲，假設噪聲采樣值相互獨立同分布，并且與信號采樣值也相 互獨立，則在Η。下$~,V(0，cr,;/)，在氏下X,.~+σ·、:)/]，也即在N個抽樣求和后， 輸出統(tǒng)計量T1可以表示為：
[0010] 協(xié)作頻譜檢測充分利用各個認知用戶感知數(shù)據(jù)信息，顯著提高頻譜感知結果的可 靠性能，因此我們采用了基于能量檢測的雙門限的協(xié)作頻譜感知策略；
[0011] 步驟二：.每個參與合作頻譜感知的認知用戶首先檢查它所接收到的授權用戶信 號的能量；判決能量統(tǒng)計量Ti是否小于門限λ?；蛘叽笥诘扔陂T限λ i，小于門限λ。則認 為所感知的授權信道當前空閑，判決為大于等于門限A1，則認為授權用戶正在使用當 前頻段，判決為" 1";我們用D1表示第i個用戶的本地感知結果，D i取數(shù)據(jù)"0"或" 1"，判決 結果送入融合中心，融合中心根據(jù)本地的感知結果，采用自適應K秩硬融合策略：下面 對對K秩硬融合準則判決進行分析，假設一共有M個認知用戶參與協(xié)作感知，基于能量感知 的雙門限算法的認知無線網(wǎng)絡中，其k秩融合策略聯(lián)合檢測概率和虛警概率表達式為：
[0014] k= 1即為"或"融合，k = M即為"與"融合；傳統(tǒng)的K秩融合投票門限值固定， 一般為尤2I，其中「"|為ceiling函數(shù)，此時稱為Majority準則；對頻譜狀態(tài)作出判 決，判決結果用R1來表示，表達式可寫為：
[0016] 若&為1，表示融合中心判決授權用戶存在，授權用戶不可以占用信道；若1為0， 判決授權用戶不存在，授權用戶可以接入信道進行通信；
[0017] 步驟三：如果Ti落入由門限λ。和λ i構成的不可靠區(qū)間，g卩λ。彡Ti〈 λ i，則第i 個合作認知用戶將自己接收到的信號直接上傳到融合中心，在融合中心采用EGC軟融合策 略數(shù)據(jù)進行加權求和，并與軟融合門限值進行比較，并作出判決，采用EGC準則的融合中心 的檢測過程可以表示為：
[0018]
[0019] 其中，Xecc為預設門限值；文獻[6]指出Φ Eec服從正態(tài)分布：
[0021] 其中，γι表示第i個用戶的接收信噪比，N表示采樣點數(shù)，M表示認知用戶數(shù)；所 以聯(lián)合檢測概率和虛警概率為：
M
[0024] 式中，F(xiàn) = ￡.?為信息融合中心瞬時信噪比； H-
[0025] 采用EGC準則，參與的M個認知節(jié)點將本地的感知觀測值Ti直接傳送給融合中 心，融合中心再對數(shù)據(jù)進行加權求和，若各節(jié)點權值取l/νΥ/'融合中心接收的信號：
[0027] 將判決結果傳送給用戶，若判決結果用R2來表示，表達式可寫為判決規(guī)則如下：
[0029] 其中，
，若馬為1，表示融合中心判決授權用戶存在，認知用戶不 可以占用信道；若馬為〇,表示融合中心判決授權用戶不存在，認知用戶可以接入信道進行 通信。
[0030] 本發(fā)明通過將K秩融合策略和EGC軟融合策略的有效結合，有效的提升合作頻譜 感知效率，節(jié)省系統(tǒng)開銷，相比較單用戶自適應雙門限能量檢測，多融合準則的雙門限協(xié)作 頻譜感知算法檢測，性能得到有效提高，通過仿真，驗證了該策略的有效性、優(yōu)越性。
【附圖說明】
[0031] 圖1是雙門限能量檢測硬合并和軟合并相結合結構示意框圖；
[0032] 圖2是三種方法不同信噪比下檢測性能比較示意圖；
[0033] 圖3是三種算法上傳數(shù)據(jù)量曲線比較示意圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0034] 一：結合圖1、圖2、圖3所示，它的方法步驟為：
[0035] 步驟一：考慮一個中心單元或者基站和M個認知用戶參與合作頻譜感知；中心單 元負責管理認知無線電網(wǎng)絡和所有的M個合作認知用戶；在此網(wǎng)絡中假設每個認知用戶進 行本地感知的過程是相互獨立的，均采用雙門限能量頻譜感知算法來進行；第i個合作認 知用戶的感知情況，檢測模型表示如下：
[0037] 式中，s(n)為輸入的授權用戶信息，假設服從均值為零，方差為ex]的正態(tài)分布， w (η)為高斯白噪聲，服從均值為零，方差為的正態(tài)分布，H。表示測試端只有噪聲，H i表示 測試端有授權用戶信息和噪聲，假設噪聲采樣值相互獨立同分布，并且與信號采樣值也相 互獨立，則在H。下弋~，.在氏下a~Λ1〇,((Τ,:? +σ])/]:，也即在N個抽樣求和后， 輸出統(tǒng)計量T1可以表示為：
[0039] 協(xié)作頻譜檢測充分利用各個認知用戶感知數(shù)據(jù)信息，顯著提高頻譜感知結果的可 靠性能，因此我們采用了基于能量檢測的雙門限的協(xié)作頻譜感知策略；
[0040] 步驟二：.每個參與合作頻譜感知的認知用戶首先檢查它所接收到的授權用戶信 號的能量；判決能量統(tǒng)計量Ti是否小于門限λ?；蛘叽笥诘扔陂T限λ i，小于門限λ。則認 為所感知的授權信道當前空閑，判決為大于等于門限A1，則認為授權用戶正在使用當 前頻段，判決為" 1";我們用D1表示第i個用戶的本地感知結果，D i取數(shù)據(jù)"0"或" 1"，判決 結果送入融合中心，融合中心根據(jù)本地的感知結果，采用自適應K秩硬融合策略：下面 對對K秩硬融合準則判決進行分析，假設一共有M個認知用戶參與協(xié)作感知，基于能量感知 的雙門限算法的認知無線網(wǎng)絡中，其k秩融合策略聯(lián)合檢測概率和虛警概率表達式為：

[0043] k= 1即為"或"融合，k = M即為"與"融合；傳統(tǒng)的K秩融合投票門限值固定， 一般為C :=.「M 其中? 1為ceiIing函數(shù)，此時稱為Majority準則；對頻譜狀態(tài)作出判 決，判決結果用R1來表示，表達式可寫為：
[0045] 若&為1，表示融合中心判決授權用戶存在，授權用戶不可以占用信道；若1為0， 判決授權用戶不存在，授權用戶可以接入信道進行通信；
[0046] 步驟三：如果Ti落入由門限λ，λ i構成的不可靠區(qū)間，即λ ATi〈 λ i，則第i 個合作認知用戶將自己接收到的信號直接上傳到融合中心，在融合中心采用EGC軟融合策 略數(shù)據(jù)進行加權求和，并與軟融合門限值進行比較，并作出判決，采用EGC準則的融合中心 的檢測過程可以表示為：
[0048] 其中，Xecc為預設門限值；文獻[6]指出Φ Eec服從正態(tài)分布：
[0050] 其中，Y1表示第i個用戶的接收信噪比，N表示采樣點數(shù)，M表示認知用戶數(shù)；所 以聯(lián)合檢測概率和虛警概率為：
[0053] 式中，
為信息融合中心瞬時信噪比；
[0054] 采用EGC準則，參與的M個認知節(jié)點將本地的感知觀測值Ti直接傳送給融合中 心，融合中心再對數(shù)據(jù)進行加權求和，若各節(jié)點權值取I/W，融合中心接收的信號：
[0056] 將判決結果傳送給用戶，若判決結果用R2來表示，表達式可寫為判決規(guī)則如下：
[0058] 其中，
I若私為1，表示融合中心判決授權用戶存在，認知用戶不