基于多用戶互協(xié)作的協(xié)作頻譜感知決策融合方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于多用戶互協(xié)作的協(xié)作頻譜感知決策融合方法，主要解決現(xiàn)有感知技術(shù)虛警概率過(guò)高、本地檢測(cè)性能差的問(wèn)題。其實(shí)現(xiàn)步驟為：(1)對(duì)接收端接收到的信號(hào)進(jìn)行能量檢測(cè)得到檢測(cè)量；(2)將檢測(cè)量與本地感知判決門(mén)限進(jìn)行比較，得出本地判決結(jié)果；(3)將判決結(jié)果進(jìn)行OOK調(diào)制得到調(diào)制后的信號(hào)；(4)感知用戶相互交換調(diào)制后的信號(hào)，并發(fā)送給融合中心；(5)融合中心根據(jù)接收到的信號(hào)利用似然比檢測(cè)獲取檢測(cè)數(shù)據(jù)；(6)將檢測(cè)數(shù)據(jù)與融合中心的判決門(mén)限進(jìn)行比較，以判定待感知信道是否存在授權(quán)用戶信號(hào)。本發(fā)明能有效提高本地感知的可靠性，在低信噪比衰落信道條件下具有良好的檢測(cè)性能，可應(yīng)用于各類(lèi)寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于多用戶互協(xié)作的協(xié)作頻譜感知決策融合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及認(rèn)知無(wú)線電中協(xié)作頻譜感知方法，可廣泛應(yīng)用于各類(lèi)新一代無(wú)線通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)線電頻譜是由各種無(wú)線業(yè)務(wù)所共享的一種有限物理資源，現(xiàn)有頻譜授權(quán)機(jī)制為保證優(yōu)質(zhì)的服務(wù)和避免干擾提供了一種有效的方式，但該機(jī)制卻導(dǎo)致無(wú)線電頻譜資源利用率非常低下。隨著當(dāng)前無(wú)線通信服務(wù)需求量的大幅增加，對(duì)于無(wú)線電頻譜資源的需求也將會(huì)進(jìn)一步增加，人們不得不關(guān)注未來(lái)無(wú)線頻譜資源的短缺問(wèn)題；另一方面，有關(guān)無(wú)線電頻譜的調(diào)查報(bào)告卻表明，目前大部分已授權(quán)頻譜并未獲得充分的利用。面對(duì)頻譜分配飽和與頻譜使用不足的沖突與矛盾，無(wú)線頻譜感知技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它允許感知用戶可以機(jī)會(huì)式地利用已授權(quán)的頻段，從而提高頻譜利用率。
[0003]頻譜感知最重要的功能是感知無(wú)線電環(huán)境，以發(fā)現(xiàn)當(dāng)前可利用的頻譜資源，從而加以有效利用。頻譜感知分為單節(jié)點(diǎn)感知和協(xié)作多點(diǎn)頻譜感知兩類(lèi)，單節(jié)點(diǎn)感知只有單個(gè)用戶參與感知過(guò)程，判斷是否有頻譜空洞，流程相對(duì)較簡(jiǎn)單，但其抗干擾性和檢測(cè)可靠性并不高。協(xié)作多點(diǎn)頻譜感知?jiǎng)t利用多個(gè)用戶間的信息交互與協(xié)作機(jī)制，不僅僅能降低各認(rèn)知用戶的檢測(cè)靈敏度需求，還能有效解決“隱蔽終端”問(wèn)題以及噪聲不確定性等問(wèn)題。協(xié)作頻譜感知又包括兩個(gè)階段:本地感知階段和信息匯報(bào)階段，本地感知階段與單節(jié)點(diǎn)感知過(guò)程相同；而信息匯報(bào)階段則是感知用戶將有效的檢測(cè)信息按一定方式發(fā)送給信息融合中心，融合中心通過(guò)設(shè)定判決準(zhǔn)則來(lái)判斷授權(quán)用戶是否存在。與單節(jié)點(diǎn)感知相比，協(xié)作頻譜感知能夠在不對(duì)授權(quán)用戶造成干擾的條件下，有效地提高整體頻譜的利用效率。
[0004]然而，協(xié)作頻譜感知技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中尚存在很大的挑戰(zhàn)性。在本地感知階段，影響感知性能的主要因素是感知信道環(huán)境，以及感知用戶的位置和平均功率，例如，若感知用戶位置多變，會(huì)導(dǎo)致每個(gè)用戶感知性能差異較大，有些性能差的感知用戶參與協(xié)作反而不利于提高檢測(cè)性能；信息融合階段又可以分為決策融合和數(shù)據(jù)融合兩種方式，融合方式將直接影響到協(xié)作增益和系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，其中數(shù)據(jù)融合對(duì)帶寬的需求較大，而決策融合的協(xié)作增益又有限。因此，如何在協(xié)作性能和系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)之間尋找合理的折中是需要解決的重點(diǎn)問(wèn)題；而且，選擇合適的融合方式和恰當(dāng)?shù)呐袥Q準(zhǔn)則，都關(guān)系到感知系統(tǒng)的可靠性。此外，頻譜感知的主要目的是獲得較高的檢測(cè)概率，而檢測(cè)概率與感知用戶的數(shù)量、各用戶門(mén)限值的大小及其位置分布情況等因素密切相關(guān)。因此，如何選取適宜的協(xié)作感知參數(shù)以獲得最佳的檢測(cè)性能，也是目前協(xié)作感知技術(shù)面臨的一項(xiàng)難點(diǎn)。
[0005]面對(duì)上述這些挑戰(zhàn)，目前已提出了眾多協(xié)作頻譜感知方案，這些方案主要從信息融合方式與準(zhǔn)則方面進(jìn)行考慮，如K秩準(zhǔn)則、加權(quán)決策融合、及線性數(shù)據(jù)融合方式等。還有學(xué)者在傳統(tǒng)的K秩準(zhǔn)則基礎(chǔ)上又提出了一種新的加權(quán)決策融合方式，使融合中心接收到的信息不再是單純的本地感知結(jié)果，而是和本地感知性能的參數(shù)相關(guān)聯(lián)，此類(lèi)感知加權(quán)方式能夠在低信噪比信道條件下獲得較好的檢測(cè)概率；此外，還有學(xué)者從優(yōu)化的角度出發(fā)來(lái)尋找最佳加權(quán)系數(shù)，從而為每個(gè)感知用戶檢測(cè)量分配合適的權(quán)值，使全局檢測(cè)概率最大化。但是，這些檢測(cè)算法僅僅考慮到如何提高信息匯報(bào)階段的性能，沒(méi)有充分考慮本地感知對(duì)整個(gè)感知系統(tǒng)的影響，導(dǎo)致融合中心處的檢測(cè)量準(zhǔn)確性降低，感知系統(tǒng)在低信噪比下的檢測(cè)性能下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有無(wú)線通信系統(tǒng)協(xié)作頻譜感知方法的不足，提出一種基于互協(xié)作機(jī)制的信息決策融合方法，以充分利用多用戶本地感知性能之間的差異性，有效提高協(xié)作頻譜感知在低信噪比下衰落信道條件下的檢測(cè)性能。
[0007]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的基本方案是:首先，感知用戶在進(jìn)行本地感知后，將各自的判決結(jié)果相互交換共享以提高自身判決結(jié)果的可靠性；其次，融合中心基于似然比檢測(cè)計(jì)算獲取接收到多用戶信息的檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)設(shè)定判決門(mén)限來(lái)進(jìn)行最終的判決，其具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:[0008](I)授權(quán)用戶發(fā)送的基帶離散信號(hào)s(n)經(jīng)感知信道傳輸后到達(dá)感知節(jié)點(diǎn)處，到達(dá)Q個(gè)參與協(xié)作感知的用戶處，則第k個(gè)感知用戶接收到的時(shí)域信號(hào)為yk(η)，其中，k e {1，2，...，Q}，η指示采樣位置；
[0009](2)利用能量檢測(cè)計(jì)算每個(gè)感知用戶的檢測(cè)量Tk:
[0010]
【權(quán)利要求】
1.一種基于多用戶互協(xié)作的協(xié)作頻譜感知決策融合方法，包括以下步驟: (1)授權(quán)用戶發(fā)送的基帶離散信號(hào)S(n)經(jīng)感知信道傳輸后，到達(dá)Q個(gè)參與協(xié)作感知的用戶處，則第k個(gè)感知用戶接收到的時(shí)域信號(hào)為yk(n)，其中，k e {1,2,..., Q}，n指示采樣位置； (2)利用能量檢測(cè)法計(jì)算每個(gè)感知用戶的檢測(cè)量Tk:
2.根據(jù)權(quán)利要求所述的基于多用戶互協(xié)作的決策融合方法，其中步驟(8)所述的融合中心對(duì)接收到的信號(hào)Zk進(jìn)行似然比檢測(cè)，計(jì)算融合中心處的檢測(cè)數(shù)據(jù)Λ，按如下步驟進(jìn)行: 8a)計(jì)算融合中心接收到的信號(hào)Zk在待感知信道不存在授權(quán)用戶信號(hào)Htl條件下的概率分布函數(shù)f (zk I H。):
3.根據(jù)權(quán)利要求所述的基于多用戶互協(xié)作的決策融合方法，其中所述步驟(9)中的融合中心判決門(mén)限λ ,通過(guò)如下步驟確定: 9a)求出檢測(cè)量Λ在待感知信道存在授權(quán)用戶信號(hào)H1條件下的均值E [Λ H1]:
【文檔編號(hào)】H04B17/00GK103873171SQ201410120255
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】王勇, 樊琴, 葛建華, 宮豐奎, 李靖 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)