專利名稱：自適應(yīng)頻譜檢測方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種頻譜檢測方法和系統(tǒng)，特別是一種自適應(yīng)頻譜檢測方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)通過感知外界環(huán)境，并使用人工智能技術(shù)從環(huán)境中學(xué)習(xí)，有目的 地實時改變某些操作參數(shù)(如傳輸功率、載波功率和調(diào)制等)，使其內(nèi)部狀態(tài)適應(yīng)接收到的 無線信號的統(tǒng)計變化，從而實現(xiàn)任何時間、任何地點的高可靠通信，以及對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境優(yōu) 先的無線頻譜資源進(jìn)行高效地利用。認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的用戶稱為認(rèn)知用戶，購買頻帶使 用權(quán)的用戶稱為授權(quán)用戶，授權(quán)用戶使用頻帶的優(yōu)先權(quán)比認(rèn)知用戶高，認(rèn)知用戶需要保證 對授權(quán)用戶干擾小于一定水平的條件下最大化地發(fā)現(xiàn)空閑頻譜，即發(fā)現(xiàn)接入機會。因此，認(rèn) 知無線電網(wǎng)絡(luò)的一個關(guān)鍵設(shè)計問題是頻譜檢測問題，即認(rèn)知用戶如何檢測目標(biāo)頻帶并發(fā)現(xiàn) 可用頻譜的問題，頻譜檢測的質(zhì)量直接影響著空閑頻譜的使用效率以及授權(quán)用戶正常使用 頻帶的權(quán)利。 現(xiàn)有技術(shù)頻譜檢測方法主要有兩類本地頻譜檢測和協(xié)作頻譜檢測。本地頻譜檢 測是指認(rèn)知用戶獨立的檢測頻譜發(fā)現(xiàn)接入機會，協(xié)作頻譜檢測是指多個認(rèn)知用戶通過一定 的方式協(xié)作檢測頻譜發(fā)現(xiàn)接入機會。本地頻譜檢測是協(xié)作頻譜檢測的基礎(chǔ)，協(xié)作頻譜檢測 解決了本地頻譜檢測中存在的隱藏終端問題，可提供較高的檢測性能。 本地頻譜檢測主要有三類匹配濾波器檢測、能量檢測和循環(huán)平穩(wěn)特征檢測。當(dāng)授 權(quán)用戶信號已知時，匹配濾波器檢測是較佳的檢測方法。匹配濾波器檢測利用授權(quán)用戶信 號的導(dǎo)頻碼、前導(dǎo)碼或擴(kuò)頻碼等特征，認(rèn)知用戶可以連續(xù)地同授權(quán)用戶進(jìn)行定時和載波同 步，甚至信道均等化，從而解調(diào)接收到的信號，判斷授權(quán)用戶信號是否占用頻帶。但當(dāng)授權(quán) 用戶信號未知時，該方法需要執(zhí)行各種接收機算法，消耗大量的能量，實施的復(fù)雜度很高。 循環(huán)平穩(wěn)特征檢測是根據(jù)授權(quán)用戶的信號統(tǒng)計特性進(jìn)行檢測的方法。授權(quán)用戶的信號統(tǒng)計 特性一般具有周期性，可以看成循環(huán)平穩(wěn)隨機過程，不同信號的譜相關(guān)函數(shù)在"頻率，循環(huán) 頻率，幅值"三維空間上具有不同的特征，授權(quán)信號的譜相關(guān)函數(shù)在不同的循環(huán)頻率和頻率 處出現(xiàn)峰值，噪聲僅在循環(huán)頻率值為0時出現(xiàn)峰值，循環(huán)平穩(wěn)特征檢測根據(jù)峰值的位置可 以檢測授權(quán)用戶信號。由于該方法的實現(xiàn)需要兩次傅里葉變換，因此運算復(fù)雜度高。能量 檢測是一種常用的頻譜檢測方式，使用帶通濾波器截取目標(biāo)信號，數(shù)模(A/D)轉(zhuǎn)換后，在檢 測時間內(nèi)抽樣并計算平均抽樣能量，獲得檢驗統(tǒng)計量，將檢驗統(tǒng)計量與閾值相比較來判斷 授權(quán)用戶是否占用頻帶。該方法計算量小，實施簡單，且可以在不知道授權(quán)用戶信號類型的 條件下進(jìn)行檢測。 由于認(rèn)知用戶處于次級系統(tǒng)，要求其檢測能力有更好的靈敏度。每個認(rèn)知用戶所 在的位置不同，受多徑衰落和陰影效應(yīng)的影響，并且單個認(rèn)知用戶本身計算能力有限，所以 本地檢測性能不高。協(xié)作頻譜檢測基于本地頻譜檢測信息或結(jié)果，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合與決策， 利用認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中不同地理位置的檢測節(jié)點構(gòu)成的空間分集，大大提高了全局檢測性 能，降低單個認(rèn)知用戶的復(fù)雜度，能夠有效地解決隱藏終端問題，在整體應(yīng)對衰落時有更好
5的魯棒性。協(xié)作頻譜檢測主要有兩種決策方法軟決策方法和硬決策方法。軟決策方法是 指認(rèn)知用戶考慮與決策相關(guān)的因素(如位置、信道衰減等)發(fā)送檢測信息給融合中心，融合 中心利用設(shè)定的判決閾值做出決策。硬決策方法是指認(rèn)知用戶將本地檢測的結(jié)果發(fā)送給融 合中心，融合中心依據(jù)本地檢測結(jié)果，做出決策。 在上述頻譜檢測方法中，由于硬決策方法發(fā)送的是檢測結(jié)果，丟失了大量的信息， 因此檢測精度較低，降低了接入機會。現(xiàn)有技術(shù)為了解決上述問題，通常使用硬決策或軟決 策中的最大比合并準(zhǔn)則以及等增益合并準(zhǔn)則，但最大比合并準(zhǔn)則以及等增益合并準(zhǔn)則的主 要實施目的是為了檢測授權(quán)用戶，因此現(xiàn)有技術(shù)方法并沒有有效地提高接入機會。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種自適應(yīng)頻譜檢測方法和系統(tǒng)，可以有效提高頻譜接入機 會。 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種自適應(yīng)頻譜檢測方法，包括
數(shù)個認(rèn)知用戶在本次檢測開始時刻按照預(yù)先設(shè)定的檢測時間進(jìn)行檢測；
所述認(rèn)知用戶將檢測信息發(fā)送給中心單元； 所述中心單元使用漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型獲得本次檢測的接 入機會判決結(jié)果，通過本次檢測和前一次檢測的判決結(jié)果確定認(rèn)知用戶下一次檢測的檢測 開始時刻； 所述中心單元存儲所述本次檢測的接入機會判決結(jié)果，并將所述本次檢測的接入 機會判決結(jié)果和下一次檢測的檢測開始時刻發(fā)送給所述認(rèn)知用戶。
所述漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型為
仏
其中，閾值n為

式中，M為認(rèn)知用戶的個數(shù)，Yi為第i個認(rèn)知用戶的信噪比，H。為授權(quán)用戶未占用 頻帶的假設(shè)，&為授權(quán)用戶占用頻帶的假設(shè)，Ui為第i個認(rèn)知用戶檢測得到的檢驗統(tǒng)計量， Q—、.)是Q函數(shù)的反函數(shù)，3為預(yù)先設(shè)定的漏檢概率值，^,//1和0;,//1和分別是授權(quán)用戶占用
頻帶時，中心單元處全局檢驗統(tǒng)計量Z7^K的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。 所述通過本次檢測和前一次檢測的判決結(jié)果確定認(rèn)知用戶下一次檢測的檢測開 始時刻包括當(dāng)?shù)贙次檢測的接入機會判決結(jié)果是授權(quán)用戶未占用頻帶時，認(rèn)知用戶第K+1 次檢測的檢測開始時刻Tw = 1k+JkT，其中l(wèi)K表示認(rèn)知用戶第K次檢測的檢測開始時刻，T 表示認(rèn)知用戶的MAC層的幀長，jK為兩次檢測間的時間間隔除以T的倍數(shù)，為1《jK《D 的正整數(shù)，D為預(yù)先設(shè)定的最大時間間隔除以T的倍數(shù)；當(dāng)?shù)贙次檢測的接入機會判決結(jié)果 是授權(quán)用戶占用頻帶時，認(rèn)知用戶第K+l次檢測的檢測開始時刻TK+1 = TK+T，其中TK表示認(rèn)知用戶第K次檢測的檢測開始時刻，T表示認(rèn)知用戶的MAC層的幀長。 在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，還包括中心單元根據(jù)漏檢概率一定、最小化虛警概率的
判決模型設(shè)定認(rèn)知用戶檢測時間的步驟，所述檢測時間為使下述接入機會表達(dá)式最大
「，廣,，c、，、,'o一咖"-A十^仏 C = (1 —--^-4 式中，C為接入機會，L為認(rèn)知用戶的檢測時間，T為認(rèn)知用戶的MAC層的幀長，
^,/y。和A, 分別是授權(quán)用戶未占用頻帶時，中心單元處全局檢驗統(tǒng)計量的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種自適應(yīng)頻譜檢測系統(tǒng)，包括
認(rèn)知用戶，用于在本次檢測開始時刻按照預(yù)先設(shè)定的檢測時間進(jìn)行檢測，將檢測 信息發(fā)送； 中心單元，用于接收認(rèn)知用戶發(fā)送的檢測信息，使用漏檢概率一定、最小化虛警概 率的判決模型獲得本次檢測的接入機會判決結(jié)果，通過本次檢測和前一次檢測的判決結(jié)果 確定認(rèn)知用戶下一次檢測的檢測開始時刻，存儲所述本次檢測的接入機會判決結(jié)果，并將 所述本次檢測的接入機會判決結(jié)果和下一次檢測的檢測開始時刻發(fā)送給所述認(rèn)知用戶。
所述中心單元包括 接收單元，與所述認(rèn)知用戶連接，用于接收認(rèn)知用戶發(fā)送的檢測信息； 判斷單元，與所述接收單元連接，用于使用漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決
模型獲得本次檢測的接入機會判決結(jié)果，通過本次檢測和前一次檢測的判決結(jié)果確定認(rèn)知
用戶下一次檢測的檢測開始時刻； 存儲單元，與所述判斷單元連接，用于存儲前一次檢測的接入機會判決結(jié)果；
發(fā)送單元，與所述判斷單元連接，用于將所述本次檢測的接入機會判決結(jié)果和下 一次檢測的檢測開始時刻發(fā)送給所述認(rèn)知用戶。
所述漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型為
H，
1
臺i+y, <
仏

其中，閾值n為 7 = ^ "(1-a)o"cHi +、
式中，M為認(rèn)知用戶的個數(shù)，Yi為第i個認(rèn)知用戶的信噪比，H。為授權(quán)用戶未占用 頻帶的假設(shè)，&為授權(quán)用戶占用頻帶的假設(shè)，Ui為第i個認(rèn)知用戶檢測得到的檢驗統(tǒng)計量， Q—、.)是Q函數(shù)的反函數(shù)，3為預(yù)先設(shè)定的漏檢概率值，^，//,和0;,仏和分別是授權(quán)用戶占用
頻帶時，中心單元處全局檢驗統(tǒng)計量5]T^",的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。
所述判斷單元包括 第一判斷子單元，與所述接收單元連接，用于使用漏檢概率一定、最小化虛警概率 的判決模型獲得本次檢測的接入機會判決結(jié)果；
7
第二判斷子單元，分別與所述第一判斷子單元、存儲單元和發(fā)送單元連接，用于通 過本次檢測和前一次檢測的判決結(jié)果確定認(rèn)知用戶下一次檢測的檢測開始時刻，包括當(dāng) 第K次檢測的接入機會判決結(jié)果是授權(quán)用戶未占用頻帶時，認(rèn)知用戶第K+l次檢測的檢測 開始時刻Tw = T一JkT，其中l(wèi)K表示認(rèn)知用戶第K次檢測的檢測開始時刻，T表示認(rèn)知用戶 的MAC層的幀長，jK為兩次檢測間的時間間隔除以T的倍數(shù)，為1《jK《D的正整數(shù)，D為 預(yù)先設(shè)定的最大時間間隔除以T的倍數(shù)；當(dāng)?shù)贙次檢測的接入機會判決結(jié)果是授權(quán)用戶占 用頻帶時，認(rèn)知用戶第K+1次檢測的檢測開始時刻Tw = 1k+T，其中l(wèi)K表示認(rèn)知用戶第K次 檢測的檢測開始時刻，T表示認(rèn)知用戶的MAC層的幀長。 在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，還包括設(shè)定單元，所述設(shè)定單元與所述中心單元的接收 單元、判斷單元和發(fā)送單元連接，用于根據(jù)漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型設(shè)定 認(rèn)知用戶檢測時間，所述檢測時間為使下述接入機會表達(dá)式最大<formula>formula see original document page 8</formula>
式中，C為接入機會，Ts為認(rèn)知用戶的檢測時間，T為認(rèn)知用戶的MAC層的幀長，
&,//。和"￡,//。分別是授權(quán)用戶未占用頻帶時，中心單元處全局檢驗統(tǒng)計量的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。
根據(jù)漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型設(shè)定認(rèn)知用戶的檢測時間。 本發(fā)明提出了一種自適應(yīng)頻譜檢測方法和系統(tǒng)，一方面通過漏檢概率一定、最小
化虛警概率的判決模型設(shè)置檢測時間來增加接入機會，另一方面通過本次和前一次檢測的
判決結(jié)果確定認(rèn)知用戶下一次檢測的開始時刻，使兩次檢測之間的時間間隔根據(jù)判決結(jié)果
得到調(diào)整，通過在有的MAC層幀不進(jìn)行檢測，把檢測時間用來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此有效增加
了接入機會。


圖1為本發(fā)明自適應(yīng)頻譜檢測方法的流程圖；
圖2為本發(fā)明自適應(yīng)頻譜檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖1為本發(fā)明自適應(yīng)頻譜檢測方法的流程圖，包括 步驟1、數(shù)個認(rèn)知用戶在本次檢測開始時刻按照預(yù)先設(shè)定的檢測時間進(jìn)行檢測；
步驟2、所述認(rèn)知用戶將檢測信息發(fā)送給中心單元； 步驟3、所述中心單元使用漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型獲得本次檢 測的接入機會判決結(jié)果，通過本次檢測和前一次檢測的判決結(jié)果確定認(rèn)知用戶下一次檢測 的檢測開始時刻； 步驟4、所述中心單元存儲所述本次檢測的接入機會判決結(jié)果，并將所述本次檢測
的接入機會判決結(jié)果和下一次檢測的檢測開始時刻發(fā)送給所述認(rèn)知用戶。 本發(fā)明上述技術(shù)方案中，數(shù)個認(rèn)知用戶被預(yù)先分配有檢測時間Ts，每個認(rèn)知用戶
按照在檢測時間^內(nèi)進(jìn)行檢測。第K次檢測時，數(shù)個認(rèn)知用戶在第K次檢測開始時刻lK開始進(jìn)行檢測，并在lK+L時刻檢測完畢。檢測完成后，數(shù)個認(rèn)知用戶將檢測信息發(fā)送給中心 單元，檢測信息包括檢驗統(tǒng)計量和信噪比。中心單元接收每個認(rèn)知用戶的檢測信息，使用漏 檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型進(jìn)行判斷，獲得第K次檢測的接入機會判決結(jié)果， 即授權(quán)用戶是否占用頻帶或是否有接入機會，同時中心單元讀取預(yù)先存儲的第K-l次檢測 的判決結(jié)果，通過將第K-l次檢測的判決結(jié)果和第K次檢測的判決結(jié)果結(jié)合來確定認(rèn)知用 戶第K+l次檢測的檢測開始時刻Tw。若授權(quán)用戶占用頻帶，表明沒有接入機會，則認(rèn)知用 戶從中心單元判決結(jié)束到下一次檢測開始時刻OK+Ts時刻 Tw時刻)內(nèi)不能使用該頻 帶；若授權(quán)用戶不占用頻帶，表明有接入機會，則認(rèn)知用戶從中心單元判決結(jié)束到下一次檢 測開始時刻(TK+TS時刻 TK+1時刻)內(nèi)可以使用該頻帶。最后，中心單元存儲第K次檢測 的判決結(jié)果，并將第K次檢測的判決結(jié)果和第K+l次檢測的檢測開始時刻TK+1發(fā)送給認(rèn)知 用戶，使認(rèn)知用戶下一次按照第K+l次檢測的檢測開始時刻TK+1進(jìn)行開始檢測。
本發(fā)明上述技術(shù)方案中，認(rèn)知用戶的本地頻譜檢測采用能量檢測。單個認(rèn)知用戶 的能量檢測是采用帶通濾波器截取目標(biāo)信號，數(shù)模(A/D)轉(zhuǎn)換后，在檢測時間i;內(nèi)抽樣N次
并計算總體抽樣能量，獲得檢驗統(tǒng)計量Ui(即所述檢測信息)。頻譜檢測的問題可以看成二 元假設(shè)檢驗問題 H0:Y[n]=W[n] n = 0，l，......，NH丄Y[n] = X[n]+W[n] n = 0，l，......，N 式中，H。表示授權(quán)用戶未占用頻帶的假設(shè)，&表示授權(quán)用戶占用頻帶的假設(shè)，Y[n] 表示接收信號抽樣，W[n]表示噪聲抽樣，X[n]表示授權(quán)用戶信號抽樣，n表示抽樣次數(shù)，N 表示抽樣個數(shù)。假設(shè)W[n]是高斯獨立同分布隨機過程，W[n] :N(O， o w2) ， o w2表示噪聲功
率；X[n]是獨立同分布隨機過程，均值為O，方差五
=《，。/表示授權(quán)用戶的信號
功率;X[n]與W[n]獨立同分布。 則第i個認(rèn)知用戶能量檢測的檢驗統(tǒng)計量Ui為 W, =5]0["])2 定義第i個認(rèn)知用戶的信噪比Z, = a; /CT^ ( Y i通?？梢蕴崆矮@得，為已知量)， 檢測時間Ts，抽樣頻率fs，則抽樣個數(shù)N = Tsfs。顯然檢驗統(tǒng)計量Ui服從卡方分布，則檢驗 統(tǒng)計量Ui的概率密度函數(shù)可以寫成 /(W,.)=
(1/2)
W/2 JV
1
r(iv/2)'
(1/2)緒
m..2 e 2
i ",-
仏

當(dāng)抽樣個數(shù)N足夠大，由中心極限定律知檢驗統(tǒng)計量Ui近似的服從高斯分布
f W(A^,20 //。
若選用第i個認(rèn)知用戶的閾值為入i，則
9
虛警概率尸/ =《>義,I //0 )
檢測概率^ = S (M, >義,I ) 虛警概率P/表示授權(quán)用戶未占用頻帶時，認(rèn)知用戶通過檢測認(rèn)為授權(quán)用戶占用 頻帶的概率，檢測概率P/表示授權(quán)用戶占用頻帶時，認(rèn)知用戶檢測到授權(quán)用戶占用頻帶的 概率。 本發(fā)明上述技術(shù)方案中，中心單元通過公共控制信道接收認(rèn)知用戶發(fā)送的檢驗統(tǒng) 計量Ui，使用漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型進(jìn)行判斷，獲得接入機會的判決結(jié) 果。漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型說明如下 在漏檢概率P(D。lH》二a(a為定值)的條件下，使虛警概率P|H。)達(dá)到極小，這
是一個有約束條件的變積分問題，解得必要條件應(yīng)該使目標(biāo)函數(shù)式(1)達(dá)到極小
Q= ii P (D01H》+P (D丄IH0) 式中，ii為拉格朗日乘數(shù)，D。表示檢測到的結(jié)果表明授權(quán)用戶未占用頻帶，D工表示 檢測到的結(jié)果表明授權(quán)用戶占用頻帶，因此，P(D。lH》表示授權(quán)用戶占用頻帶時卻檢測到授 權(quán)用戶未占用頻帶的概率(即漏檢概率)，P(D」H。)表示授權(quán)用戶未占用頻帶時卻檢測到授 權(quán)用戶占用頻帶的概率(即虛警概率)。 另一方面，在貝葉斯準(zhǔn)則的平均風(fēng)險表達(dá)式中，如果令c。。二Cn二0，P(H。)q。二 1， P(H》Cm二 y ，則貝葉斯準(zhǔn)則應(yīng)使平均風(fēng)險
R = ii P (D。 IH》+P (D丄IH。) 達(dá)到極小。式中，c。。表示正確檢測到接入機會的風(fēng)險，cn表示正確檢測到授權(quán)用 戶信號的風(fēng)險，q。表示虛警的風(fēng)險，cQ1表示漏檢測風(fēng)險。因此目標(biāo)函數(shù)就是當(dāng)P(H。)c1Q = 1，P(H》Cm二 i！條件下的貝葉斯準(zhǔn)則，則似然比閾值
<formula>formula see original document page 10</formula>
于是漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型可以寫成 > 1
丄,)一 似然比
<formula>formula see original document page 10</formula>
等價地，本發(fā)明漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型為 <formula>formula see original document page 10</formula> 式中，M表示認(rèn)知用戶的個數(shù)?？刂菩诺澜邮照J(rèn)知用戶發(fā)送的檢驗統(tǒng) 計量u。后，通過融合得到全局檢驗統(tǒng)計量u。，之后再與閾值比較來判斷頻帶的接入機會。其 中全局檢驗統(tǒng)計量u。為
(2) Mc =^]叫K^)7*" 式中，^ =
幾
—為第i個認(rèn)知用戶檢驗統(tǒng)計量的權(quán)重系數(shù)，o為頻帶的權(quán)重向
量，u為頻帶的檢驗統(tǒng)計量向量，"=((Op "2，... ， "m)T，U = (Ul，u2，... ，um)T，M為檢領(lǐng)
頻帶的認(rèn)知用戶的個數(shù)。由于高斯分布的線性疊加仍然是服從高斯分布，則均值 g =
仏









式中，向量11= [l，l，...，l]，信噪比向:
=_ & )(W — )7 ]W
則t。方差
cr一
= 7 _ i7c化)0 - S"c仏y I //。
cr" = _ ^ a )0 - 、 )r I ]w
則 "(。=e(
匿)
,w0
，a 式中，P/(TS)為融合中心的虛警概率，P/(TS)為融合中心的檢測概率，n為融合 中心的判決閾值。由于本發(fā)明設(shè)定漏檢概率一定，因此閾值n應(yīng)滿足漏檢概率的約束條件
(3) " = 1-尸;( ;) = 1 —g( 式中，a為預(yù)先設(shè)定的漏檢概率值。
則融合中心處的閾值
7 = 2—'(1 —a)0"c//i+i7cH|
融合中心處的虛警概率 2—1 (1 _ "(7;),
)
(4)
(5)
因此，公式(1)、 (2)和(4)即為本發(fā)明漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模
型。實際應(yīng)用中，中心單元接收到M個認(rèn)知用戶發(fā)送的檢驗統(tǒng)計量Ui，通過公式(2)獲得全
局檢驗統(tǒng)計量u。，然后通過公式(4)獲得閾值n，最后根據(jù)公式(1)判斷接入機會。 在上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上，步驟1前還包括設(shè)定認(rèn)知用戶檢測時間的步驟，即中心
單元根據(jù)漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型設(shè)定認(rèn)知用戶的檢測時間，而設(shè)定的
檢測時間使MAC層每幀的接入機會最大。 根據(jù)上述過程，可知中心單元的虛警概率尸;(。二2(^"~^~~^(6)
、 因此，接入機會可以表達(dá)成 c = (i—= (l-^M^c' '' 1' 。) (7) r r 。 式中，T表示認(rèn)知用戶的MAC層的幀長，T通常為已知。 通常，系統(tǒng)要求漏檢概率小于某設(shè)定值和虛警概率小于某設(shè)定值，因此利用公式 (3)和(5)就可以獲得檢測時間Ts的范圍，在檢測時間的范圍內(nèi)，合理設(shè)置認(rèn)知用戶的檢測 時間TJ吏式(7)最大，即可增加頻譜接入機會。實際應(yīng)用中，可以采用多種方式(如設(shè)定 小時間步長)通過式(7)獲得接入機會最大時的檢測時間。 在上述技術(shù)方案中，認(rèn)知用戶第K+l次檢測的檢測開始時刻TK+1與第K次檢測的判 決結(jié)果和第K-l次檢測的判決結(jié)果有關(guān)。本發(fā)明中，設(shè)定認(rèn)知用戶第K+l次檢測的檢測開 始時刻Tw = T一JkT，其中l(wèi)K表示認(rèn)知用戶第K次檢測的檢測開始時刻，T表示認(rèn)知用戶的 MAC層的幀長，jK為兩次檢測間的時間間隔除以T的倍數(shù)，為正整數(shù)，jK與第K次檢測和第 K-l次檢測的判決結(jié)果有關(guān)的變量。也就是說TK+1-TK = jKT，即第K+l次檢測的檢測開始時 刻TK+1與第K次檢測的檢測開始時刻TK之間的時間間隔為認(rèn)知用戶的MAC層的幀長的整倍 數(shù)。同時根據(jù)現(xiàn)有檢測經(jīng)驗，該時間間隔通常設(shè)定在一定范圍內(nèi)，因此有1《jK《D， D為 預(yù)先設(shè)定的最大時間間隔除以T的倍數(shù)。 通常頻帶的平均空閑時間可以通過統(tǒng)計方法獲得，假設(shè)平均空閑時間為T。ff，由于 平均空閑時間T。ff遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于MAC層幀長T的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在保證不影響授權(quán)用戶 正常使用的前提下合理的設(shè)置D值。 對于初始化的第1次檢測情況，設(shè)定1\ = 0，丄=l，則認(rèn)知用戶立即開始檢測。 完成第1次檢測后，中心單元根據(jù)第1次檢測結(jié)果獲得接入機會判決結(jié)果，無論判決結(jié)果如 何，第2次檢測的檢測開始時刻T2與第1次檢測的檢測開始時刻1\之間的時間間隔為T， 即認(rèn)知用戶第2次檢測的檢測開始時刻T2 = T。若授權(quán)用戶占用頻帶，則認(rèn)知用戶從Ts時 刻 T時刻內(nèi)不能使用該頻帶；若授權(quán)用戶不占用頻帶，則認(rèn)知用戶從Ts時刻 T時刻內(nèi) 可以使用該頻帶。 對于第K次檢測情況，當(dāng)認(rèn)知用戶在第TK時刻開始檢測并在TK+TS時刻完成第K次 檢測后，中心單元根據(jù)第K次檢測結(jié)果獲得第K次檢測的接入機會判決結(jié)果，獲得認(rèn)知用戶 第K+l次檢測的檢測開始時刻TK+1分為以下幾種情況 (1)當(dāng)?shù)贙次檢測的接入機會判決結(jié)果是授權(quán)用戶占用頻帶時，無論前次判決結(jié)
12果如何，取JK = 1，即第K+l次檢測的檢測開始時刻TK+1與第K次檢測的檢測開始時刻TK之 間的時間間隔為T，認(rèn)知用戶第TK+1次檢測的檢測開始時刻TK+1 = TK+T ;若授權(quán)用戶占用頻 帶，則認(rèn)知用戶從lK+Ts時刻 Tw時刻內(nèi)不能使用該頻帶；若授權(quán)用戶不占用頻帶，則認(rèn)知 用戶從TK+TS時刻 TK+1時刻內(nèi)可以使用該頻帶。 (2)當(dāng)?shù)贙次檢測的接入機會判決結(jié)果是授權(quán)用戶未占用頻帶，且第K-l次檢測 的接入機會判決結(jié)果也是授權(quán)用戶未占用頻帶時，取jK = jK—一l，即第K+l次檢測與第K次 檢測的檢測開始時刻之間的時間間隔比第K次檢測與第K-l次檢測的檢測開始時刻之間 的時間間隔增加了一個幀長，認(rèn)知用戶第TK+1次檢測的檢測開始時刻TK+1 = TK+jKT，認(rèn)知用 戶在檢測完成的jKT_Ts時間段內(nèi)可以使用該頻帶。實際應(yīng)用中，中心單元在獲得第K次檢 測的接入機會判決結(jié)果并獲得第K次的jK后，還要判斷jK是否大于預(yù)先設(shè)定的D值，如果 JK《D， jK按照上述過程計算下一次檢測的檢測開始時刻并發(fā)送，如果jK > D，則設(shè)定JK = JV「1，然后計算下一次的檢測開始時刻并發(fā)送，如此循環(huán)下去。 (3)當(dāng)?shù)贙次檢測的接入機會判決結(jié)果是授權(quán)用戶未占用頻帶，且第K-l次檢測的 接入機會判決結(jié)果是授權(quán)用戶占用頻帶時，取jK = 2，即第K+l次檢測的檢測開始時刻TK+1 與第K次檢測的檢測開始時刻lK之間的時間間隔為2T，認(rèn)知用戶第TK+1次檢測的檢測開始 時刻TK+1 = TK+2T ;若授權(quán)用戶占用頻帶，則認(rèn)知用戶在檢測完成的2T-TS時間段內(nèi)不能使 用該頻帶；若授權(quán)用戶不占用頻帶，則認(rèn)知用戶在檢測完成的2T-Ts時間段內(nèi)可以使用該頻 帶。實際上，情況(3)是情況(2)的一種特例，由于第K-l次檢測的接入機會判決結(jié)果是授 權(quán)用戶占用頻帶，因此有= l，所以情況(3)中jK = jK—一l = 2。 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明一方面通過漏檢概率一定、最小化虛警概率的
判決模型設(shè)置檢測時間來增加接入機會，另一方面通過本次和前一次檢測的判決結(jié)果確定
認(rèn)知用戶下一次檢測的開始時刻，使兩次檢測之間的時間間隔根據(jù)判決結(jié)果得到調(diào)整，通
過在有的MAC層幀不進(jìn)行檢測，把檢測時間用來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此有效增加了接入機會。 本發(fā)明還提供了一種自適應(yīng)頻譜檢測系統(tǒng)，如圖2所示，為本發(fā)明自適應(yīng)頻譜檢
測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括認(rèn)知用戶和中心單元，認(rèn)知用戶用于在本次檢測開始時
刻按照預(yù)先設(shè)定的檢測時間進(jìn)行檢測，將檢測信息發(fā)送；中心單元用于接收認(rèn)知用戶發(fā)送
的檢測信息，使用漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型獲得本次檢測的接入機會判
決結(jié)果，通過本次檢測和前一次檢測的判決結(jié)果確定認(rèn)知用戶下一次檢測的檢測開始時
刻，存儲所述本次檢測的接入機會判決結(jié)果，并將所述本次檢測的接入機會判決結(jié)果和下
一次檢測的檢測開始時刻發(fā)送給所述認(rèn)知用戶。具體地，本發(fā)明中心單元包括接收單元、判
斷單元、存儲單元和發(fā)送單元，接收單元與所述認(rèn)知用戶連接，用于接收認(rèn)知用戶發(fā)送的檢
測信息；判斷單元與所述接收單元連接，用于使用漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模
型獲得本次檢測的接入機會判決結(jié)果，通過本次檢測和前一次檢測的判決結(jié)果確定認(rèn)知用
戶下一次檢測的檢測開始時刻；存儲單元與所述判斷單元連接，用于存儲前一次檢測的接
入機會判決結(jié)果；發(fā)送單元，與所述判斷單元連接，用于將所述本次檢測的接入機會判決結(jié)
果和下一次檢測的檢測開始時刻發(fā)送給所述認(rèn)知用戶。進(jìn)一步地，判斷單元包括第一判斷
子單元和第二判斷子單元，第一判斷子單元與所述接收單元連接，用于使用漏檢概率一定、
最小化虛警概率的判決模型獲得本次檢測的接入機會判決結(jié)果；第二判斷子單元分別與所
述第一判斷子單元、存儲單元和發(fā)送單元連接，用于接收第一判斷子單元發(fā)送的本次檢測的接入機會判決結(jié)果，同時讀取存儲單元存儲的前一次檢測的接入機會判決結(jié)果，通過本 次檢測和前一次檢測的判決結(jié)果確定認(rèn)知用戶下一次檢測的檢測開始時刻，之后將本次檢 測的接入機會判決結(jié)果發(fā)送到存儲單元存儲，將本次檢測的接入機會判決結(jié)果和下一次檢 測的檢測開始時刻發(fā)送給發(fā)送單元。其中，通過本次檢測和前一次檢測的判決結(jié)果確定認(rèn) 知用戶下一次檢測的檢測開始時刻包括當(dāng)?shù)贙次檢測的接入機會判決結(jié)果是授權(quán)用戶未 占用頻帶時，認(rèn)知用戶第K+1次檢測的檢測開始時刻Tw = 1k+JkT，其中l(wèi)K表示認(rèn)知用戶第 K次檢測的檢測開始時刻，T表示認(rèn)知用戶的MAC層的幀長，jK為兩次檢測間的時間間隔倍 數(shù)，為1《K D的正整數(shù)，D為預(yù)先設(shè)定的最大時間間隔除以T的倍數(shù)；當(dāng)?shù)贙次檢測的 接入機會判決結(jié)果是授權(quán)用戶占用頻帶時，認(rèn)知用戶第K+l次檢測的檢測開始時刻TK+1 = Tk+T，其中l(wèi)K表示認(rèn)知用戶第K次檢測的檢測開始時刻，T表示認(rèn)知用戶的MAC層的幀長。 本發(fā)明自適應(yīng)頻譜檢測系統(tǒng)中的漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型等內(nèi)容已在前 述自適應(yīng)頻譜檢測方法技術(shù)方案中說明，不再贅述。 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過 程序指令相關(guān)的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，該程序 在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質(zhì)包括R0M、 RAM、磁碟或者 光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。 最后應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照 較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的 技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
1權(quán)利要求
一種自適應(yīng)頻譜檢測方法，其特征在于，包括數(shù)個認(rèn)知用戶在本次檢測開始時刻按照預(yù)先設(shè)定的檢測時間進(jìn)行檢測；所述認(rèn)知用戶將檢測信息發(fā)送給中心單元；所述中心單元使用漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型獲得本次檢測的接入機會判決結(jié)果，通過本次檢測和前一次檢測的判決結(jié)果確定認(rèn)知用戶下一次檢測的檢測開始時刻；所述中心單元存儲所述本次檢測的接入機會判決結(jié)果，并將所述本次檢測的接入機會判決結(jié)果和下一次檢測的檢測開始時刻發(fā)送給所述認(rèn)知用戶。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)頻譜檢測方法，其特征在于，所述漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型為<formula>formula see original document page 2</formula>式中，M為認(rèn)知用戶的個數(shù)，Yi為第i個認(rèn)知用戶的信噪比，H。為授權(quán)用戶未占用頻帶的假設(shè)，&為授權(quán)用戶占用頻帶的假設(shè)，Ui為第i個認(rèn)知用戶檢測得到的檢驗統(tǒng)計量，Q—、.)是Q函數(shù)的反函數(shù)，3為預(yù)先設(shè)定的漏檢概率值，^,//1和0;,//1和分別是授權(quán)用戶占用頻帶時，中心單元處全局檢驗統(tǒng)計量Z;^",的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)頻譜檢測方法，其特征在于，所述通過本次檢測和前一次檢測的判決結(jié)果確定認(rèn)知用戶下一次檢測的檢測開始時刻包括當(dāng)?shù)贙次檢測的接入機會判決結(jié)果是授權(quán)用戶未占用頻帶時，認(rèn)知用戶第K+l次檢測的檢測開始時刻TK+1 =TK+jKT，其中TK表示認(rèn)知用戶第K次檢測的檢測開始時刻，T表示認(rèn)知用戶的MAC層的幀長，jK為兩次檢測間的時間間隔除以T的倍數(shù)，為1《jK《D的正整數(shù)，D為預(yù)先設(shè)定的最大時間間隔除以T的倍數(shù)；當(dāng)?shù)贙次檢測的接入機會判決結(jié)果是授權(quán)用戶占用頻帶時，認(rèn)知用戶第K+l次檢測的檢測開始時刻TK+1 = 1k+T，其中Tk表示認(rèn)知用戶第K次檢測的檢測開始時刻，T表示認(rèn)知用戶的MAC層的幀長。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一所述的自適應(yīng)頻譜檢測方法，其特征在于，還包括中心單元根據(jù)漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型設(shè)定認(rèn)知用戶檢測時間的步驟，所述檢測時間為使下述接入機會表達(dá)式最大c = (1 一 K)g(QK巧+、—<tf。)式中，C為接入機會，Ts為認(rèn)知用戶的檢測時間，T為認(rèn)知用戶的MAC層的幀長，^,仏和"c,/z。分別是授權(quán)用戶未占用頻帶時，中心單元處全局檢驗統(tǒng)計量的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。
5. —種自適應(yīng)頻譜檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括認(rèn)知用戶，用于在本次檢測開始時刻按照預(yù)先設(shè)定的檢測時間進(jìn)行檢測，將檢測信息發(fā)送；中心單元，用于接收認(rèn)知用戶發(fā)送的檢測信息，使用漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型獲得本次檢測的接入機會判決結(jié)果，通過本次檢測和前一次檢測的判決結(jié)果確定認(rèn)知用戶下一次檢測的檢測開始時刻，存儲所述本次檢測的接入機會判決結(jié)果，并將所述本次檢測的接入機會判決結(jié)果和下一次檢測的檢測開始時刻發(fā)送給所述認(rèn)知用戶。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的自適應(yīng)頻譜檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述中心單元包括接收單元，與所述認(rèn)知用戶連接，用于接收認(rèn)知用戶發(fā)送的檢測信息；判斷單元，與所述接收單元連接，用于使用漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型獲得本次檢測的接入機會判決結(jié)果，通過本次檢測和前一次檢測的判決結(jié)果確定認(rèn)知用戶下一次檢測的檢測開始時刻；存儲單元，與所述判斷單元連接，用于存儲前一次檢測的接入機會判決結(jié)果；發(fā)送單元，與所述判斷單元連接，用于將所述本次檢測的接入機會判決結(jié)果和下一次檢測的檢測開始時刻發(fā)送給所述認(rèn)知用戶。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的自適應(yīng)頻譜檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型為<其中，閾值n為<formula>formula see original document page 3</formula>式中，M為認(rèn)知用戶的個數(shù)，Yi為第i個認(rèn)知用戶的信噪比，H。為授權(quán)用戶未占用頻帶的假設(shè)，&為授權(quán)用戶占用頻帶的假設(shè)，Ui為第i個認(rèn)知用戶檢測得到的檢驗統(tǒng)計量，Q—1 (.)是Q函數(shù)的反函數(shù)，a為預(yù)先設(shè)定的漏檢概率值，^;^和o;^和分別是授權(quán)用戶占用頻帶時，中心單元處全局檢驗統(tǒng)計量i;7^",的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自適應(yīng)頻譜檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述判斷單元包括第一判斷子單元，與所述接收單元連接，用于使用漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型獲得本次檢測的接入機會判決結(jié)果；第二判斷子單元，分別與所述第一判斷子單元、存儲單元和發(fā)送單元連接，用于通過本次檢測和前一次檢測的判決結(jié)果確定認(rèn)知用戶下一次檢測的檢測開始時刻，包括當(dāng)?shù)贙次檢測的接入機會判決結(jié)果是授權(quán)用戶未占用頻帶時，認(rèn)知用戶第K+l次檢測的檢測開始時刻1+1 = 1k+JkT，其中l(wèi)K表示認(rèn)知用戶第K次檢測的檢測開始時刻，T表示認(rèn)知用戶的MAC層的幀長，JK為兩次檢測間的時間間隔除以T的倍數(shù)，為1《jK《D的正整數(shù)，D為預(yù)先設(shè)定的最大時間間隔除以T的倍數(shù)；當(dāng)?shù)贙次檢測的接入機會判決結(jié)果是授權(quán)用戶占用頻帶時，認(rèn)知用戶第K+1次檢測的檢測開始時刻Tw = 1k+T，其中l(wèi)K表示認(rèn)知用戶第K次檢測的檢測開始時刻，T表示認(rèn)知用戶的MAC層的幀長。
9.根據(jù)權(quán)利要求5 8任一所述的自適應(yīng)頻譜檢測系統(tǒng)，其特征在于，還包括設(shè)定單元，所述設(shè)定單元與所述中心單元的接收單元、判斷單元和發(fā)送單元連接，用于根據(jù)漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型設(shè)定認(rèn)知用戶檢測時間，所述檢測時間為使下述接入機會表達(dá)式最大<formula>formula see original document page 4</formula>式中，C為接入機會，Ts為認(rèn)知用戶的檢測時間，T為認(rèn)知用戶的MAC層的幀長，^,/z。和。c,/z。分別是授權(quán)用戶未占用頻帶時，中心單元處全局檢驗統(tǒng)計量的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。根據(jù)漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型設(shè)定認(rèn)知用戶的檢測時間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自適應(yīng)頻譜檢測方法和系統(tǒng)。方法包括數(shù)個認(rèn)知用戶在本次檢測開始時刻按照預(yù)先設(shè)定的檢測時間進(jìn)行檢測；認(rèn)知用戶將檢測信息發(fā)送給中心單元；中心單元使用漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型獲得本次檢測的接入機會判決結(jié)果，通過本次檢測和前一次檢測的判決結(jié)果確定認(rèn)知用戶下一次檢測的檢測開始時刻；中心單元存儲本次檢測的接入機會判決結(jié)果，并將本次檢測的接入機會判決結(jié)果和下一次檢測的檢測開始時刻發(fā)送給認(rèn)知用戶。本發(fā)明一方面通過漏檢概率一定、最小化虛警概率的判決模型設(shè)置檢測時間來增加接入機會，另一方面通過本次和前一次檢測的判決結(jié)果確定認(rèn)知用戶下一次檢測的開始時刻，有效增加了接入機會。
文檔編號H04W48/00GK101753174SQ20091024256
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者劉凱, 張軍, 徐楨, 肖林 申請人:北京航空航天大學(xué)