專利名稱：：一種認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中的雙門限合作感知方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于認(rèn)知無線電
技術(shù)領(lǐng)域：
，更為具體地講，涉及一種認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中的雙門限合作感知方法。
背景技術(shù)：
：隨著近年來動(dòng)態(tài)頻譜分配(DynamicSpectrumAccess)的發(fā)展，認(rèn)知無線電致力于從頻譜分配的角度來解決頻譜資源短缺的問題。認(rèn)知無線電應(yīng)該能夠自適應(yīng)的識別周圍環(huán)境中存在或者潛在的頻譜空穴，并在不對主要用戶造成干擾的情況下，對已知的頻譜空穴加以利用，認(rèn)知無線電被認(rèn)為是能夠滿足人們對寬帶頻譜需求的技術(shù)。理論上，認(rèn)知無線電能夠自覺感知周圍環(huán)境，并利用處于閑置狀態(tài)的頻譜資源進(jìn)行通信。因此，認(rèn)知無線電對頻譜感知能力具有很高的需求。但是目前基于香農(nóng)定理的頻譜感知技術(shù)并不能在寬帶頻譜的環(huán)境中滿足應(yīng)用的需求一方面，采樣率保持或超過奈奎斯特采樣率變得越來越困難；另一方面，基于香農(nóng)定理的采樣僅僅是還原了信號，而頻譜空穴信息的相關(guān)信息并未得到處理。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有認(rèn)知無線電技術(shù)的不足，提出一種認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中的雙門限合作感知方法，能夠在低于奈奎斯特頻率對主用戶信號進(jìn)行采樣感知，并能自適應(yīng)地確定頻譜空穴在頻帶中的位置。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中的雙門限合作感知方法，其特征在于，包括以下步驟(1)、主信號的本地壓縮感知及恢復(fù)在寬帶認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中存在1，2，...，I個(gè)主用戶和1，2，...，J個(gè)認(rèn)知用戶，認(rèn)知用戶j，j=1,2,...，J采用低速率A/D轉(zhuǎn)換器對接收到的主用戶信號進(jìn)行壓縮采樣，其采樣頻率低于奈奎斯特頻率，得到壓縮采樣信號；根據(jù)壓縮采樣\⑴進(jìn)行恢復(fù)，得到恢復(fù)信號&(O；(2)、小波邊緣檢測al、所有認(rèn)知用戶j將各自的恢復(fù)信號6⑷發(fā)送給融合中心，在融合中心首先對J個(gè)恢復(fù)信號求平均，以使邊緣檢測比較準(zhǔn)確；權(quán)利要求一種認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中的雙門限合作感知方法，其特征在于，包括以下步驟(1)、主信號的本地壓縮感知及恢復(fù)在寬帶認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中存在1，2，...，I個(gè)主用戶和1，2，...，J個(gè)認(rèn)知用戶，認(rèn)知用戶j，j＝1，2，...，J采用低速率A/D轉(zhuǎn)換器對接收到的主用戶信號rj(t)進(jìn)行壓縮采樣，其采樣頻率低于奈奎斯特頻率，得到壓縮采樣信號xj(t)；根據(jù)壓縮采樣xj(t)進(jìn)行恢復(fù)，得到恢復(fù)信號(2)、小波邊緣檢測a1、所有認(rèn)知用戶j將各自的恢復(fù)信號發(fā)送給融合中心，在融合中心首先對J個(gè)恢復(fù)信號求平均；<mrow><mi>X</mi><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mi>J</mi></mfrac><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>J</mi></munderover><msub><mover><mi>r</mi><mo>^</mo></mover><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>X表示恢復(fù)信號的均值；然后，求恢復(fù)信號均值X的功率密度<mrow><msub><mi>S</mi><mi>X</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>f</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msubsup><mo>&Integral;</mo><mrow><mo>-</mo><mo>&infin;</mo></mrow><mrow><mo>+</mo><mo>&infin;</mo></mrow></msubsup><msub><mi>R</mi><mi>X</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>&tau;</mi><mo>)</mo></mrow><mo>&CenterDot;</mo><msup><mi>e</mi><mrow><mo>-</mo><mi>j</mi><mn>2</mn><mi>&pi;f&tau;</mi></mrow></msup><mi>d&tau;</mi></mrow>其中，SX(f)代表恢復(fù)信號均值X的功率譜密度，RX(τ)代表恢復(fù)信號均值X的自相關(guān)函數(shù)；a2、對功率譜密度SX(f)進(jìn)行多尺度小波變換<mrow><msub><mi>W</mi><mi>s</mi></msub><msub><mi>S</mi><mi>X</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>f</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover><mi>&Pi;</mi><mrow><mi>s</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>S</mi></munderover><msub><mi>W</mi><msup><mn>2</mn><mi>s</mi></msup></msub><msub><mi>S</mi><mi>X</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>f</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mo>=</mo><munderover><mi>&Pi;</mi><mrow><mi>s</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>S</mi></munderover><msub><mi>&phi;</mi><msup><mn>2</mn><mi>s</mi></msup></msub><mrow><mo>(</mo><mi>f</mi><mo>)</mo></mrow><mo>*</mo><msub><mi>S</mi><mi>X</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>f</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>WsSX(f)代表多尺度小波變換結(jié)果，2s是尺度因子，*代表卷積運(yùn)算，S的取值范圍是整數(shù)；然后，對小波變換結(jié)果WsSX(f)求一階倒數(shù)Ws′SX(f)是WsSX(f)求一階導(dǎo)數(shù)的結(jié)果，是的尺度一階導(dǎo)函數(shù)。對一階導(dǎo)數(shù)的結(jié)果Ws′SX(f)進(jìn)行求極值運(yùn)送，得到若干極值點(diǎn)即頻譜邊緣點(diǎn)的估計(jì)值表示求極值運(yùn)算，n是頻譜邊緣點(diǎn)的個(gè)數(shù)；(3)、雙門限能量合作檢測b1、認(rèn)知用戶j，j＝1，2，...，J根據(jù)融合中心得到的頻譜邊緣點(diǎn)的估計(jì)值將寬帶頻譜劃分為若干個(gè)子頻段，對每一個(gè)子頻段k，k＝1，2，...，n進(jìn)行雙門限合作能量檢測認(rèn)知用戶j首先根據(jù)恢復(fù)信號計(jì)算處于各個(gè)子頻段中的接收信號能量<mrow><msub><mi>E</mi><mrow><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>j</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msubsup><mo>&Integral;</mo><msub><mover><mi>f</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msub><msub><mover><mi>f</mi><mo>^</mo></mover><mi>k</mi></msub></msubsup><msup><mrow><mo>|</mo><msubsup><mover><mi>r</mi><mo>^</mo></mover><mi>f</mi><mrow><mo>(</mo><mi>j</mi><mo>)</mo></mrow></msubsup><mo>|</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mi>df</mi></mrow>其中，Ek，j表示認(rèn)知用戶j在子頻段的接收信號能量，表示該認(rèn)知用戶j經(jīng)過壓縮感知的恢復(fù)信號的頻域表達(dá)式；b2、認(rèn)知用戶j對各個(gè)子頻段中的接收信號能量Ek，j進(jìn)行判斷，并向融合中心發(fā)送判斷結(jié)果倘若接收信號能量Ek，j處于兩個(gè)門限之間，那么發(fā)送Ek，j的能量值；若低于低門限，則確定第k子頻段中主要用戶不存在，發(fā)送0；若高于高門限，則確定第k子頻段中存在主要用戶，發(fā)送1，即<mrow><msub><mi>L</mi><mrow><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>j</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mn>0,0</mn><mo>&lt;</mo><msub><mi>E</mi><mrow><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>j</mi></mrow></msub><mo>&lt;</mo><msub><mi>&eta;</mi><mn>0</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>1</mn><mo>,</mo><msub><mi>E</mi><mrow><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>j</mi></mrow></msub><mo>></mo><msub><mi>&eta;</mi><mn>1</mn></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>Rk，j表示第j個(gè)認(rèn)知用戶發(fā)送的第k個(gè)子頻段接收信號能量判斷結(jié)果，η0代表低門限，η1代表高門限；所有認(rèn)知用戶j將其對每個(gè)子頻段接收信號能量判斷結(jié)果Rk，j，k＝1，2，...，n都發(fā)送到融合中心；融合中心對接收到的能量信號Ek，j進(jìn)行第二次判定，在融合中心，在J個(gè)認(rèn)知用戶中，有P個(gè)發(fā)送了確定的判定結(jié)果，那么總共有JP個(gè)認(rèn)知用戶發(fā)送了能量值，融合中心將接收到的信號能量Ek，j進(jìn)行判定處理<mrow><msub><mi>D</mi><mi>k</mi></msub><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mn>0,0</mn><mo>&le;</mo><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>J</mi><mo>-</mo><mi>K</mi></mrow></munderover><msub><mi>E</mi><mrow><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>j</mi></mrow></msub><mo>&le;</mo><mi>&lambda;</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>1</mn><mo>,</mo><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>J</mi><mo>-</mo><mi>K</mi></mrow></munderover><msub><mi>E</mi><mrow><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>j</mi></mrow></msub><mo>&GreaterEqual;</mo><mi>&lambda;</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>Dk表示對第k子頻段能量信息的判定結(jié)果，λ表示第二次判定使用的門限；融合中心對該子頻段k判定的最后結(jié)果為d[k]代表融合中心的判定結(jié)果，d[k]＝0代表第k子頻段不存在主用戶信號，d[k]＝1代表第k子頻段存在主用戶信號；對其他子頻段進(jìn)行相同的能量檢測和判斷，知道整個(gè)寬帶頻譜內(nèi)全部主用戶信號的存在情況，自適應(yīng)地確定頻譜空穴在頻帶中的位置。FSA00000256642100011.tif,FSA00000256642100012.tif,FSA00000256642100014.tif,FSA00000256642100018.tif,FSA00000256642100019.tif,FSA000002566421000110.tif,FSA00000256642100021.tif,FSA00000256642100022.tif,FSA00000256642100023.tif,FSA00000256642100024.tif,FSA00000256642100025.tif,FSA00000256642100026.tif,FSA00000256642100028.tif,FSA00000256642100029.tif,FSA000002566421000210.tif,FSA000002566421000211.tif,FSA000002566421000212.tif,FSA000002566421000214.tif,FSA00000256642100032.tif2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中的雙門限合作感知方法，其特征在于，步驟⑴中所述的壓縮采樣，其壓縮采樣比K/M大于0.16，其中，M是進(jìn)行離散傅里葉變換的點(diǎn)數(shù)，K為測量數(shù)。全文摘要本發(fā)明公開了一種認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中的雙門限合作感知方法，通過以下步驟1、本地壓縮感知恢復(fù)信號，在本發(fā)明中，通過壓縮感知將整個(gè)寬帶頻譜恢復(fù)出來，這樣可以使用低速率A/D轉(zhuǎn)換器，從而降低了硬件要求。2、確定子頻帶，將壓縮感知恢復(fù)出來的寬帶頻譜信號，通過小波邊緣檢測能夠得到該信號的頻譜邊緣點(diǎn)，之后能夠在頻譜上分段為若干個(gè)子頻帶。3、合作感知，每一個(gè)認(rèn)知用戶都對所有子頻帶進(jìn)行雙門限能量檢測，并將檢測結(jié)果發(fā)送至融合中心進(jìn)行判斷，得到整個(gè)頻譜主用戶的存在情況，自適應(yīng)地確定頻譜空穴在頻帶中的位置。通過以上步驟，認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)能夠在低于奈奎斯特頻率對主用戶信號進(jìn)行采樣感知，并能自適應(yīng)地確定頻譜空穴在頻帶中的位置。文檔編號H04B1/707GK101944961SQ20101027237公開日2011年1月12日申請日期2010年9月3日優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日發(fā)明者劉丹,劉健,李超,隆克平申請人:電子科技大學(xué)