專利名稱：基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字通信領(lǐng)域中的頻譜感知實現(xiàn)方法，特別是在報告信道不理想情況下可采用的感知方法，具體地說是基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法。

背景技術(shù)：
傳輸?shù)挠行院涂煽啃允峭ㄐ畔到y(tǒng)的兩大性能指標(biāo)，協(xié)作分集技術(shù)利用其它用戶的天線作為中繼，實現(xiàn)“虛擬天線”的空間傳輸分集，從而提高系統(tǒng)可靠性。在認知無線電中，目前研究的協(xié)同頻譜感知方法都是基于如下假設(shè)認知用戶與融合中心之間的感知信息傳輸是理想的，即可以在報告信道上達到無差錯傳輸，但是實際中有些時候很難達到上述傳輸條件，所以在報告信道非理想條件下如何考慮協(xié)同頻譜感知方法的設(shè)計就顯得尤為重要?，F(xiàn)有技術(shù)無法實現(xiàn)報告信道在非理想條件下的無差錯傳輸。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對報告信道非理想條件下無法實現(xiàn)無差錯傳輸?shù)膯栴}，提出一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法，具體步驟如下 步驟一基站在中繼節(jié)點集中選擇最優(yōu)中繼節(jié)點R； 步驟二認知用戶CR1和CR2在本地使用基于能量檢測的頻譜感知方法進行感知得到感知結(jié)果SCR10和SCR20； 步驟三 (a).認知用戶對感知結(jié)果增加CRC校驗比特得到SCR1和SCR2，然后分兩個時隙分別廣播發(fā)送BPSK調(diào)制后的本地感知信息f(SCR1)、f(SCR2)，其中f()是對信號的BPSK調(diào)制； 前兩個時隙基站B接收到的信號為YB1和YB2，YB1和YB2表示為 其中h1B，h2B分別為認知用戶到基站的衰落系數(shù)，vi，i＝1，2，3，4為基站處的本地噪聲，基站將收到的信號BPSK解調(diào)得到(f-1(YB1)，f-1(YB2))并存儲，其中f-1()是對信號的BPSK解調(diào)； 前兩個時隙中繼節(jié)點R接收到的信號為YR1和YR2，YR1和YR2表示為 其中h1R，h2R分別為認知用戶到中繼節(jié)點的衰落系數(shù)，zi，i＝1，2為中繼節(jié)點處的本地噪聲，中繼節(jié)點將收到的信號BPSK解調(diào)得到f-1(YR1)和f-1(YR2)并存儲； 認知用戶CR1和CR2在另一個用戶發(fā)送時接收到的信號為YCR1和YCR2，YCR1和YCR2表示為 其中h12，h21分別為認知用戶之間的衰落系數(shù)，n1i，n2i，i＝1，2分別為認知用戶CR1和CR2處的本地噪聲；認知用戶將接收到的信號YCR1和YCR2進行BPSK解調(diào)得到f-1(YCR1)和f-1(YCR2)并存儲； (b).中繼節(jié)點R將解調(diào)結(jié)果f-1(YR1)和f-1(YR2)進行異或即網(wǎng)絡(luò)編碼得到ZR，

然后在第三個時隙廣播發(fā)送BPSK調(diào)制后的編碼結(jié)果TR＝f(ZR)給認知用戶和基站； 基站B接收到中繼節(jié)點R發(fā)送的編碼結(jié)果信息為YB3，YB3表示為 YB3＝hRBTR+v3(4) 其中hRB為中繼節(jié)點到基站的衰落系數(shù)，基站將YB3解調(diào)后得到f-1(YB3)并存儲； 認知用戶CR1和CR2接收到中繼節(jié)點發(fā)來的編碼結(jié)果信息為FCR1和FCR2，F(xiàn)CR1和FCR2表示為 其中hR1，hR2分別為中繼節(jié)點到認知用戶的衰落系數(shù)；認知用戶CR1和CR2將FCR1和FCR2解調(diào)得到f-1(FCR1)和f-1(FCR2)，然后將f-1(FCR1)和f-1(FCR2)與本地的感知信息SCR1和SCR2進行異或即網(wǎng)絡(luò)編碼的譯碼，得到譯碼結(jié)果ACR2和ACR1，ACR2和ACR1表示為 步驟四 (a).認知用戶CR1和CR2將存儲的f-1(YCR1)、f-1(YCR2)和網(wǎng)絡(luò)譯碼得到的ACR2、ACR1均進行CRC校驗； 對于認知用戶CR1，校驗(f-1(YCR1)，ACR2)，若二者的校驗結(jié)果均正確，則任選(f-1(YCR1)，ACR2)其中一個作為認知用戶CR1恢復(fù)出CR2的信號S′CR2；若只有一個正確，則選擇正確的那一個作為S′CR2；若二者均不正確，則選擇f-1(YCR1)作為S′CR2； 對于認知用戶CR2，校驗(f-1(YCR2)，ACR1)，若二者的校驗結(jié)果均正確，則任選(f-1(YCR2)，ACR1)其中一個作為認知用戶CR2恢復(fù)出CR1的信號S′CR1；若只有一個正確，則選擇正確的那一個作為S′CR1；若二者均不正確，則選擇f-1(YCR2)作為S′CR1； (b).空時編碼認知用戶CR1和CR2同時發(fā)送BPSK調(diào)制后的空時碼字f(-S′CR2)和f(S′CR1)至基站，此時基站收到的信號為YB4，YB4表示為 YB4＝h1Bf(-S′CR2)+h2Bf(S′CR1)+v4(7) 步驟五 (a).網(wǎng)絡(luò)譯碼基站將前兩個時隙存儲的(f-1(YB1)，f-1(YB2))與第三個時隙存儲的f-1(YR3)進行異或即網(wǎng)絡(luò)譯碼，得到基站網(wǎng)絡(luò)譯碼結(jié)果S″CR2和S″CR1，S″CR2和S″CR1表示為 (b).空時譯碼基站將前兩個時隙收到的信號YB1和YB2相加，得到SB1，SB1表示為 SB1＝Y(jié)B1+YB2(9) 基站將SB1與YB4作為空時碼字，進行空時譯碼得到(RCR1，RCR2)，(RCR1，RCR2)可以表示為 基站對空時譯碼結(jié)果(RCR1，RCR2)進行BPSK解調(diào)得到(f-1(RCR1)，f-1(RCR2))；步驟六 (a).判決基站將對收到的感知信息與譯碼結(jié)果進行CRC校驗； 對認知用戶CR1的感知結(jié)果，分別校驗(f-1(YB1)，S″CR1，f-1(RCR1))，若三者中有任何一個正確，選擇正確的一個作為基站恢復(fù)出認知用戶CR1的感知結(jié)果； 對認知用戶CR2的感知結(jié)果，分別校驗(f-1(YB2)，S″CR2，f-1(RCR2))，若三者中有任何一個正確，選擇正確的一個作為基站恢復(fù)出認知用戶CR2的感知結(jié)果； (b).融合輸出基站對判決結(jié)果進行融合輸出； 若基站恢復(fù)出兩個認知用戶的感知結(jié)果均正確，則將兩個認知用戶的感知結(jié)果SCR1和SCR2去掉CRC校驗比特，使用OR準則融合并判決，得到最終的感知結(jié)果并輸出； 若基站恢復(fù)出兩個認知用戶的感知結(jié)果只有一個均正確，則選擇其中正確的那一個結(jié)果，去掉CRC校驗比特，作為最終的感知結(jié)果并輸出； 若基站恢復(fù)出兩個認知用戶的感知結(jié)果均不正確，則返回步驟二，重新進行感知。
本發(fā)明步驟一中，所述的中繼節(jié)點集是指除了CR1和CR2的其他認知用戶和基站。
本發(fā)明步驟一中，所述的中繼節(jié)點選擇依據(jù)是從可用中繼節(jié)點集合中選擇與待上傳感知信息的認知用戶之間信道最好的一個。
本發(fā)明步驟二中，所述的基于能量檢測的頻譜感知方法，具體是認知用戶對本地信號經(jīng)過一段時間的觀察，累計得到能量值，認知用戶與設(shè)定的門限比較判決得到本地感知結(jié)果。
本發(fā)明步驟三中，所述的認知用戶對感知結(jié)果SCR10增加CRC校驗比特，具體是認知用戶將本地感知結(jié)果后面增加幾位0，所增加的位數(shù)等于CRC校驗比特數(shù)，然后除以CRC生成多項式，得到的余式即為CRC校驗比特，將CRC校驗比特附在感知結(jié)果后面，即得到SCR1。
本發(fā)明步驟四中，所述的進行CRC校驗，具體是將待檢驗的數(shù)據(jù)除以CRC生成多項式，如果余式為0，則表示數(shù)據(jù)正確；若余式不為0，則表示數(shù)據(jù)不正確。
本發(fā)明步驟六中，所述的去掉CRC校驗比特，具體是基站將數(shù)據(jù)最后幾位長度為CRC校驗比特數(shù)的數(shù)據(jù)直接去掉。
本發(fā)明步驟六中，所述的分別校驗(f-1(YB1)，S″CR1，f-1(RCR1))，具體是基站校驗三部分的內(nèi)容，f-1(YB1)是直接收到認知用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)，S″CR1是基站通過網(wǎng)絡(luò)譯碼恢復(fù)出來的結(jié)果，f-1(RCR1)是基站通過空時譯碼得到的結(jié)果。
本發(fā)明步驟六中，所述的使用OR準則融合并判決，具體是若兩個認知用戶的感知結(jié)果中有任何一個宣布授權(quán)用戶存在，則融合結(jié)果判決為授權(quán)用戶存在。
本發(fā)明的有益效果 本發(fā)明基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法在認知用戶感知結(jié)束，向融合中心報告感知結(jié)果的時候使用網(wǎng)絡(luò)編碼和空時碼來提高發(fā)射分集，從而提高報告信道的傳輸可靠性。在無線網(wǎng)絡(luò)中使用網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸信息，可以提高頻譜利用率和無線傳輸?shù)耐掏铝?。使用協(xié)同空時碼傳輸信息可以提高發(fā)射分集，從而提高傳輸可靠性。
本發(fā)明考慮存在非理想報告信道的情況下，針對現(xiàn)有協(xié)同頻譜感知中認知用戶的本地感知結(jié)果上傳不可靠問題，引入中繼節(jié)點，采用中繼節(jié)點網(wǎng)絡(luò)編碼后的思想，提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的新型協(xié)同頻譜感知方法。該方法將認知用戶的交互信息作為中繼節(jié)點的輸入，利用網(wǎng)絡(luò)編碼對交互信息進行編碼，然后由中繼節(jié)點向認知用戶和基站發(fā)送網(wǎng)絡(luò)編碼后的數(shù)據(jù)，認知用戶利用中繼節(jié)點的編碼信息和本地感知信息通過網(wǎng)絡(luò)譯碼恢復(fù)出另一個認知用戶的信息，這樣就可以利用中繼節(jié)點獲得認知用戶交互信息的分集增益，提高了認知用戶的交互成功率，從而大大減少了報告信道的差錯傳輸率。



圖1為本發(fā)明所采用的系統(tǒng)模型； 圖2為中繼節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)編碼時隙示意圖； 圖3為基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同感知方法流程圖； 圖4為認知用戶之間信道較差時的ROC曲線(OR準則) 圖5為認知用戶之間信道較好時的ROC曲線(OR準則) 圖6為有一條到基站鏈路不可用時的ROC曲線(OR準則) 圖7為有一條鏈路不可用且CR之間信道較差時的ROC曲線(OR準則)
具體實施例方式 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
中繼節(jié)點的選擇方法 假設(shè)中繼節(jié)點R接收到CR1、CR2信號的信噪比分別為SNR1、SNR2，認知用戶之間接收對方信號的信噪比為SNR0。假設(shè)信道增益h為高斯分布，h1R，h2R分別為認知用戶到中繼節(jié)點的衰落系數(shù)，h12，h21分別為認知用戶之間的衰落系數(shù)，認知用戶到中繼節(jié)點的BPSK調(diào)制的誤比特率Pe1，Pe2以及認知用戶之間的誤比特率Pe0可以通過下述公式計算 中繼節(jié)點將接收到認知用戶的感知信息網(wǎng)絡(luò)編碼后出錯的概率為 PeR＝Pe1(1-Pe2)+Pe2(1-Pe1) 認知用戶CR2通過網(wǎng)絡(luò)譯碼恢復(fù)出CR1感知結(jié)果的誤碼率為 Pe′i1＝PeR(1-Pe2)+Pe2(1-PeR) 同理，CR1通過網(wǎng)絡(luò)譯碼恢復(fù)出CR2感知結(jié)果的誤碼率為 Pe′i2＝PeR(1-Pe1)+Pe1(1-PeR) 則可用中繼節(jié)點集合的選擇依據(jù)為max{Pe′i1，Pe′i2}＜Pe0，其中Pe0為認知用戶之間直接傳輸時的誤碼率。這里最佳中繼節(jié)點的選擇依據(jù)是從可用中繼節(jié)點集合中選擇與待上傳感知信息的認知用戶之間信道最好的一個，即在集合{max{Pe′i1，Pe′i2}＜Pe0}中選擇max{Pe′i1，Pe′i2}最小的一個 min{max{Pe′i1，Pe′i2}＜Pe0} 實施例一 本實施例中，如圖1所示，協(xié)同頻譜感知系統(tǒng)中有一個授權(quán)用戶、多個認知用戶和一個基站，只有部分認知用戶通過報告信道上傳感知信息。假設(shè)已經(jīng)選定最優(yōu)中繼節(jié)點，以兩個認知用戶CR1和CR2上傳為例，討論如何利用認知用戶之間的交互信息來提高感知信息傳輸?shù)目煽啃浴?br> 本實施例的流程如圖3所示，包括如下步驟 協(xié)同網(wǎng)絡(luò)編碼設(shè)計方法 (a).認知用戶使用能量感知方法進行本地感知，即經(jīng)過一段時間的累計得到能量值

其中y(i)是認知用戶接收到的信號，u是時間帶寬積；認知用戶進行本地判決，即將θ與設(shè)定的門限比較得到兩個用戶CR1和CR2的感知結(jié)果SCR10和SCR20。
(b).對感知結(jié)果增加CRC校驗比特得到SCR1和SCR2，然后分兩個時隙分別廣播發(fā)送BPSK調(diào)制后的本地感知信息f(SCR1)、f(SCR2)； 前兩個時隙基站B接收到的信號為YB1和YB2，YB1和YB2表示為 其中h1B，h2B分別為認知用戶到基站的衰落系數(shù)，vi，i＝1，2，3，4為基站處的本地噪聲，基站將收到的信號BPSK解調(diào)得到(f-1(YB1)，f-1(YB2))并存儲，其中f-1()是對信號的BPSK解調(diào)； 前兩個時隙中繼節(jié)點R接收到的信號為YR1和YR2，YR1和YR2表示為 其中h1R，h2R分別為認知用戶到中繼節(jié)點的衰落系數(shù)，zi，i＝1，2為中繼節(jié)點處的本地噪聲，中繼節(jié)點將收到的信號BPSK解調(diào)得到f-1(YR1)和f-1(YR2)并存儲； 認知用戶CR1和CR2在另一個用戶發(fā)送時接收到的信號為YCR1和YCR2，YCR1和YCR2表示為 其中h12，h21分別為認知用戶之間的衰落系數(shù)，n1i，n2i，i＝1，2分別為認知用戶CR1和CR2處的本地噪聲；認知用戶將接收到的信號YCR1和YCR2進行BPSK解調(diào)得到f-1(YCR1)和f-1(YCR2)并存儲； (c).中繼節(jié)點R將解調(diào)結(jié)果f-1(YR1)和f-1(YR2)進行網(wǎng)絡(luò)編碼得到ZR，即

然后在第三個時隙廣播發(fā)送BPSK調(diào)制后結(jié)果TR＝f(ZR)給認知用戶和基站； (d).基站B將接收到中繼節(jié)點R發(fā)送的編碼結(jié)果信息YB3存儲，YB3表示為 YB3＝hRBTR+v3(4) 其中hRB為中繼節(jié)點到基站的衰落系數(shù)，基站將YB3解調(diào)后得到f-1(YB3)并存儲； 認知用戶CR1和CR2接收到中繼節(jié)點發(fā)來的編碼結(jié)果信息為FCR1和FCR2，F(xiàn)CR1和FCR2表示為 其中hR1，hR2分別為中繼節(jié)點到認知用戶的衰落系數(shù)；認知用戶CR1和CR2將FCR1和FCR2解調(diào)得到f-1(FCR1)和f-1(FCR2)，然后將f-1(FCR1)和f-1(FCR2)與本地的感知信息SCR1和SCR2進行異或(即網(wǎng)絡(luò)編碼的譯碼)，得到譯碼結(jié)果ACR2和ACR1，ACR2和ACR1表示為 (e).認知用戶CR1和CR2分別將存儲的f-1(YCR1)、f-1(YCR2)和網(wǎng)絡(luò)譯碼得到的ACR2、ACR1均進行CRC校驗； 對于認知用戶CR1，校驗(f-1(YCR1)，ACR2)，若二者的校驗結(jié)果均正確，則任選(f-1(YCR1)，ACR2)其中一個作為認知用戶CR1恢復(fù)出CR2的信號S′CR2；若只有一個正確，則選擇正確的那一個作為S′CR2；若二者均不正確，則選擇f-1(YCR1)作為S′CR2； 對于認知用戶CR2，校驗(f-1(YCR2)，ACR1)，若二者的校驗結(jié)果均正確，則任選(f-1(YCR2)，ACR1)其中一個作為認知用戶CR2恢復(fù)出CR1的信號S′CR1；若只有一個正確，則選擇正確的那一個作為S′CR1；若二者均不正確，則選擇f-1(YCR2)作為S′CR1； (f).認知用戶CR1和CR2同時發(fā)送BPSK調(diào)制后的信號的f(-S′CR2)和f(S′CR1)，此時基站收到的信號為YB4，YB4表示為 YB4＝h1Bf(-S′CR2)+h2Bf(S′CR1)+v4(7) (g).基站將前兩個時隙存儲的(f-1(YB1)，f-1(YB2))與第三個時隙存儲的f-1(YB3)進行異或即網(wǎng)絡(luò)譯碼，得到基站網(wǎng)絡(luò)譯碼結(jié)果S″CR2和S″CR1，S″CR2和S″CR1表示為 (h).基站將前兩個時隙收到的信號YB1和YB2相加，得到SB1，SB1表示為 SB1＝Y(jié)B1+YB2(9) 基站將SB1與YB4作為空時碼字，進行空時譯碼得到(RCR1，RCR2)，(RCR1，RCR2)可以表示為 基站對空時譯碼結(jié)果(RCR1，RCR2)BPSK解調(diào)得到(f-1(RCR1)，f-1(RCR2))； (i).基站將對收到的感知信息與譯碼結(jié)果進行CRC校驗 對認知用戶CR1的感知結(jié)果，分別校驗(f-1(YB1)，S″CR1，f-1(RCR1))，若三者中有任何一個正確，選擇正確的一個作為基站恢復(fù)出認知用戶CR1的感知結(jié)果； 對認知用戶CR2的感知結(jié)果，分別校驗(f-1(YB2)，S″CR2，f-1(RCR2))，若三者中有任何一個正確，選擇正確的一個作為基站恢復(fù)出認知用戶CR2的感知結(jié)果； (j).基站對判決結(jié)果進行融合輸出 若基站恢復(fù)出兩個認知用戶的感知結(jié)果均正確，則將兩個認知用戶的感知結(jié)果去掉CRC校驗比特，使用OR準則融合并判決，得到最終的感知結(jié)果并輸出； 若基站恢復(fù)出兩個認知用戶的感知結(jié)果只有一個均正確，則選擇其中正確的那一個結(jié)果，去掉CRC校驗比特，作為最終的感知結(jié)果并輸出； 若基站恢復(fù)出兩個認知用戶的感知結(jié)果均不正確，則返回步驟二，重新進行感知。
根據(jù)本發(fā)明的步驟，基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法在認知用戶交互信息之后增加了一個時隙，用于中繼節(jié)點發(fā)送網(wǎng)絡(luò)編碼后的數(shù)據(jù)。表1給出了認知用戶向基站報告感知信息過程中各個用戶的狀態(tài)。


表1 如表1所示，其中前兩個時隙為認知用戶CR1和CR2分別廣播發(fā)送本地感知結(jié)果，第三個時隙為中繼節(jié)點廣播發(fā)送網(wǎng)絡(luò)編碼結(jié)果，第四個時隙認知用戶協(xié)同發(fā)送空時編碼碼字。
下面以基站使用OR融合準則為例，評估基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法的感知性能(ROC曲線)。
為了考慮基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法的性能，在常虛警概率的情況下，驗證方法的檢測概率隨信號信噪比變化的情況?；诰W(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法的常虛警概率設(shè)定為

檢測時間為100個符號周期。若認知用戶報告感知信息的過程中只有前兩個時隙的結(jié)果，基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法就退化為直接傳輸?shù)姆椒ǎ蝗魶]有中繼節(jié)點，且認知用戶間信息交互成功就使用空時編碼發(fā)送，否則使用TDMA方式直接發(fā)送，此時基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法就退化為基于協(xié)同空時碼的方法；理想情況是指報告信道理想的情況。
圖4給出了認知用戶之間信道較差時的ROC曲線，可以看出當(dāng)認知用戶之間信道較差時，基于協(xié)同空時碼的協(xié)同頻譜感知方法優(yōu)于直接傳輸?shù)姆椒ǎ切阅芴岣哂邢?；而基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法優(yōu)于基于協(xié)同空時碼的方法。基于網(wǎng)絡(luò)編碼的方法距離理想情況還有一定差距，是因為報告信道的信噪比不高，即使交互信息完全正確，使用空時碼編碼傳輸后仍然存在一定的誤碼率。
圖5給出了認知用戶之間信道較好時的ROC曲線，從圖中可以看出，當(dāng)認知用戶之間信道較好時，基于協(xié)同空時碼的協(xié)同頻譜感知方法優(yōu)于直接傳輸?shù)姆椒?，基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法與基于協(xié)同空時碼的方法性能相差不大。兩種方法的性能與報告信道理想時的情況非常接近，由于報告信道的信噪比比較高，在交互信息完全正確的基礎(chǔ)上，使用空時碼編碼傳輸后感知信息傳輸?shù)恼`碼率比較低。
圖6給出了兩個認知用戶中有一個到基站的鏈路不可用時的ROC曲線，從圖中可以看出，當(dāng)認知用戶到基站存在一條不可用鏈路時，直接傳輸?shù)姆椒ㄐ阅茌^差，退化為單用戶頻譜感知的方法；由于認知用戶之間的信道較好，基于協(xié)同空時碼的協(xié)同頻譜感知方法和基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法基本接近。
圖7給出了兩個認知用戶中有一個到基站的鏈路不可用且CR之間信道較差時的ROC曲線，從圖中可以看出，認知用戶到基站存在一條不可用鏈路時，直接傳輸?shù)姆椒ㄐ阅茌^差，退化為單用戶頻譜感知的方法；且當(dāng)認知用戶之間信道較差時，基于協(xié)同空時碼的方法接近于直接傳輸?shù)姆椒ǎ挥捎诨诰W(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法利用了中繼節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)編碼信息，使得認知用戶可以交互感知信息，通過可用的認知用戶到基站鏈路分時發(fā)送，所以仍能獲得很好的性能。
本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法，具體步驟如下
步驟一基站在中繼節(jié)點集中選擇最優(yōu)中繼節(jié)點R；
步驟二認知用戶CR1和CR2在本地使用基于能量檢測的頻譜感知方法進行感知得到感知結(jié)果SCR10和SCR20；
步驟三
(a).認知用戶對感知結(jié)果增加CRC校驗比特得到SCR1和SCR2，然后分兩個時隙分別廣播發(fā)送BPSK調(diào)制后的本地感知信息f(SCR1)、f(SCR2)，其中f()是對信號的BPSK調(diào)制；
前兩個時隙基站B接收到的信號為YB1和YB2，YB1和YB2表示為
其中h1B，h2B分別為認知用戶到基站的衰落系數(shù)，vi，i＝1，2，3，4為基站處的本地噪聲，基站將收到的信號BPSK解調(diào)得到(f-1(YB1)，f-1(YB2))并存儲，其中f-1()是對信號的BPSK解調(diào)；
前兩個時隙中繼節(jié)點R接收到的信號為YR1和YR2，YR1和YR2表示為
其中h1R，h2R分別為認知用戶到中繼節(jié)點的衰落系數(shù)，zi，i＝1，2為中繼節(jié)點處的本地噪聲，中繼節(jié)點將收到的信號BPSK解調(diào)得到f-1(YR1)和f-1(YR2)并存儲；
認知用戶CR1和CR2在另一個用戶發(fā)送時接收到的信號為YCR1和YCR2，YCR1和YCR2表示為
其中h12，h21分別為認知用戶之間的衰落系數(shù)，n1i，n2i，i＝1，2分別為認知用戶CR1和CR2處的本地噪聲；認知用戶將接收到的信號YCR1和YCR2進行BPSK解調(diào)得到f-1(YCR1)和f-1(YCR2)并存儲；
(b).中繼節(jié)點R將解調(diào)結(jié)果f-1(YR1)和f-1(YR2)進行異或即網(wǎng)絡(luò)編碼得到ZR，
然后在第三個時隙廣播發(fā)送BPSK調(diào)制后的編碼結(jié)果TR＝f(ZR)給認知用產(chǎn)和基站；
基站B接收到中繼節(jié)點R發(fā)送的編碼結(jié)果信息為YB3，YB3表示為
YB3＝hRBTR+v3(4)
其中hRB為中繼節(jié)點到基站的衰落系數(shù)，基站將YB3解調(diào)后得到f-1(YB3)并存儲；
認知用戶CR1和CR2接收到中繼節(jié)點發(fā)來的編碼結(jié)果信息為FCR1和FCR2，F(xiàn)CR1和FCR2表示為
其中hR1，hR2分別為中繼節(jié)點到認知用戶的衰落系數(shù)；認知用戶CR1和CR2將FCR1和FCR2解調(diào)得到f-1(FCR1)和f-1(FCR2)，然后將f-1(FCR1)和f-1(FCR2)與本地的感知信息SCR1和SCR2進行異或即網(wǎng)絡(luò)編碼的譯碼，得到譯碼結(jié)果ACR2和ACR1，ACR2和ACR1表示為
步驟四
(a).認知用戶CR1和CR2將存儲的f-1(YCR1)、f-1(YCR2)和網(wǎng)絡(luò)譯碼得到的ACR2、ACR1均進行CRC校驗；
對于認知用戶CR1，校驗(f-1(YCR1)，ACR2)，若二者的校驗結(jié)果均正確，則任選(f-1(YCR1)，ACR2)其中一個作為認知用戶CR1恢復(fù)出CR2的信號S′CR2；若只有一個正確，則選擇正確的那一個作為S′CR2；若二者均不正確，則選擇f-1(YCR1)作為S′CR2；
對于認知用戶CR2，校驗(f-1(YCR2)，ACR1)，若二者的校驗結(jié)果均正確，則任選(f-1(YCR2)，ACR1)其中一個作為認知用戶CR2恢復(fù)出CR1的信號S′CR1；若只有一個正確，則選擇正確的那一個作為S′CR1；若二者均不正確，則選擇f-1(YCR2)作為S′CR1；
(b).空時編碼認知用戶CR1和CR2同時發(fā)送BPSK調(diào)制后的空時碼字f(-S′CR2)和f(S′CR1)至基站，此時基站收到的信號為YB4，YB4表示為
YB4＝h1Bf(-S′CR2)+h2Bf(S′CR1)+v4(7)
步驟五
(a).網(wǎng)絡(luò)譯碼基站將前兩個時隙存儲的(f-1(YB1)，f-1(YB2))與第三個時隙存儲的f-1(YB3)進行異或即網(wǎng)絡(luò)譯碼，得到基站網(wǎng)絡(luò)譯碼結(jié)果S″CR2和S″CR1，S″CR2和S″CR1表示為
(b).空時譯碼基站將前兩個時隙收到的信號YB1和YB2相加，得到SB1，SB1表示為
SB1＝Y(jié)B1+YB2(9)
基站將SB1與YB4作為空時碼字，進行空時譯碼得到(RCR1，RCR2)，(RCR1，RCR2)可以表示為
基站對空時譯碼結(jié)果(RCR1，RCR2)進行BPSK解調(diào)得到(f-1(RCR1)，f-1(RCR2))；
步驟六
(a).判決基站將對收到的感知信息與譯碼結(jié)果進行CRC校驗；
對認知用戶CR1的感知結(jié)果，分別校驗(f-1(YB1)，S″CR1，f-1(RCR1))，若三者中有任何一個正確，選擇正確的一個作為基站恢復(fù)出認知用戶CR1的感知結(jié)果；
對認知用戶CR2的感知結(jié)果，分別校驗(f-1(YB2)，S″CR2，f-1(RCR2))，若三者中有任何一個正確，選擇正確的一個作為基站恢復(fù)出認知用戶CR2的感知結(jié)果；
(b).融合輸出基站對判決結(jié)果進行融合輸出；
若基站恢復(fù)出兩個認知用戶的感知結(jié)果均正確，則將基站恢復(fù)出兩個認知用戶的感知結(jié)果去掉CRC校驗比特，使用OR準則融合并判決，得到最終的感知結(jié)果并輸出；
若基站恢復(fù)出兩個認知用戶的感知結(jié)果只有一個均正確，則選擇其中正確的那一個結(jié)果，去掉CRC校驗比特，作為最終的感知結(jié)果并輸出；
若基站恢復(fù)出兩個認知用戶的感知結(jié)果均不正確，則返回步驟二，重新進行感知。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法，其特征是步驟一中，所述的中繼節(jié)點集是指除了CR1和CR2的其他認知用戶和基站。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法，其特征是步驟一中，所述的中繼節(jié)點選擇依據(jù)是從可用中繼節(jié)點集合中選擇與待上傳感知信息的認知用戶之間信道最好的一個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法，其特征是步驟二中，所述的基于能量檢測的頻譜感知方法，具體是認知用戶對本地信號經(jīng)過一段時間的觀察，累計得到能量值，認知用戶與設(shè)定的門限比較判決得到本地感知結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法，其特征是步驟三中，所述的認知用戶對感知結(jié)果SCR10增加CRC校驗比特，具體是認知用戶將本地感知結(jié)果后面增加幾位0，所增加的位數(shù)等于CRC校驗比特數(shù)，然后除以CRC生成多項式，得到的余式即為CRC校驗比特，將CRC校驗比特附在感知結(jié)果后面，即得到SCR1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法，其特征是步驟四中，所述的進行CRC校驗，具體是將待檢驗的數(shù)據(jù)除以CRC生成多項式，如果余式為0，則表示數(shù)據(jù)正確；若余式不為0，則表示數(shù)據(jù)不正確。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法，其特征是步驟六中，所述的去掉CRC校驗比特，具體是基站將數(shù)據(jù)最后幾位長度為CRC校驗比特數(shù)的數(shù)據(jù)直接去掉。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法，其特征是步驟六中，所述的分別校驗(f-1(YB1)，S″CR1，f-1(RCR1))，具體是基站校驗三部分的內(nèi)容，f-1(YB1)是直接收到認知用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)，S″CR1是基站通過網(wǎng)絡(luò)譯碼恢復(fù)出來的結(jié)果，f-1(RCR1)是基站通過空時譯碼得到的結(jié)果。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法，其特征是步驟六中，所述的使用OR準則融合并判決，具體是若兩個認知用戶的感知結(jié)果中有任何一個宣布授權(quán)用戶存在，則融合結(jié)果判決為授權(quán)用戶存在。
全文摘要
本發(fā)明的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同頻譜感知方法，包括如下步驟認知用戶進行本地頻譜感知，選取未進行感知且具有良好接收性能的認知節(jié)點作為中繼節(jié)點，作為中繼節(jié)點的認知節(jié)點使用網(wǎng)絡(luò)編碼對認知用戶的信息進行交互，認知用戶獲得其他用戶的感知信息后使用空時編碼傳輸感知信息給融合中心，融合中心利用網(wǎng)絡(luò)譯碼和空時譯碼后結(jié)果判決融合。本發(fā)明選擇性能良好的中繼節(jié)點，并且在中繼節(jié)點使用網(wǎng)絡(luò)編碼，提高認知信息交互成功的概率，認知用戶交互之后的感知信息通過空時編碼發(fā)送，提高了感知信息傳輸?shù)目煽啃?，進而提高了協(xié)同頻譜感知的性能。
文檔編號H04B17/00GK101789834SQ20101010255
公開日2010年7月28日 申請日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者吳啟暉, 王金龍, 鄭學(xué)強, 任國春, 陳瑾, 程云鵬 申請人:中國人民解放軍理工大學(xué)