一種非理想信道下分布式協(xié)作頻譜感知的方法
【專利摘要】一種非理想信道下分布式協(xié)作頻譜感知的方法，本發(fā)明涉及非理想信道下分布式協(xié)作頻譜感知的方法。本發(fā)明是要解決在互聯(lián)網(wǎng)中頻譜資源緊缺，頻譜檢測的時間長對授權(quán)用戶造成干擾，頻譜資源漏洞以及單用戶頻譜感知檢測性能受無線信道時變陰影衰落嚴(yán)重的問題，而提出一種非理想信道下分布式協(xié)作頻譜感知的方法。該方法是通過1、用戶m向用戶n發(fā)送信號；2、用戶m端接收后，得到檢測信號進(jìn)行頻譜檢測；3、用戶n將信號進(jìn)行信道估計得到4、用戶m端接收得到檢測信號進(jìn)行頻譜檢測；5、用戶n將信號進(jìn)行信道估計得到6、用戶m端接收后得到將進(jìn)行頻譜檢測等步驟實現(xiàn)的。本發(fā)明應(yīng)用于非理想信道下分布式協(xié)作頻譜感知領(lǐng)域。
【專利說明】一種非理想信道下分布式協(xié)作頻譜感知的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種非理想信道下分布式協(xié)作頻譜感知的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是無線局域網(wǎng)、無線個人域網(wǎng)絡(luò)等技 術(shù)的發(fā)展，越來越多的人通過這技術(shù)以無線連接的方式接入到互聯(lián)網(wǎng)中。在此過程中，無線 資源被不斷劃分給各種不同的通信系統(tǒng)使用，導(dǎo)致頻譜資源越來越緊缺。盡管無線資源的 劃分已經(jīng)趨于飽和，但是，近些年來很多研究機構(gòu)在分析與監(jiān)測當(dāng)前無線頻譜資源的使用 狀況是卻發(fā)現(xiàn)，目前大量珍貴的已經(jīng)授權(quán)的頻譜資源并未得到充分的利用，甚至在很多時 候幾乎沒有被使用從而處于空閑狀態(tài)。認(rèn)知無線電系統(tǒng)所使用的頻譜資源主要包括兩類： 一類是開放的免授權(quán)頻段的頻譜，這類頻譜不屬于特定的用戶，對這類頻譜資源的使用不 需要經(jīng)過授權(quán)，且使用該頻譜的無線通信系統(tǒng)具有相同的頻譜使用優(yōu)先級；另一類是授權(quán) 頻段當(dāng)前沒有被使用的頻譜，即被稱為"頻譜漏洞"或者"頻譜機會"的資源，對這一類頻譜 資源的使用，受到授權(quán)系統(tǒng)的活動情況的限制，授權(quán)系統(tǒng)享有最高的頻譜使用優(yōu)先級，認(rèn)知 無線電系統(tǒng)在使用這部分頻譜資源時必須確保不干擾到授權(quán)系統(tǒng)。
[0003] 在認(rèn)知無線電系統(tǒng)中，根據(jù)職能的不同，分為認(rèn)知用戶和授權(quán)用戶，授權(quán)用戶是被 系統(tǒng)所分配頻譜資源的用戶，而認(rèn)知用戶即為授權(quán)用戶在休眠狀態(tài)時所占用其所分配頻譜 資源的用戶。授權(quán)用戶在不使用其所分配的頻譜資源時，可以造成頻譜資源的漏洞，這些漏 洞可以為認(rèn)知用戶提供頻譜資源，使其得到服務(wù)的機會。因此認(rèn)知用戶端的頻譜感知技術(shù) 在認(rèn)知無線電系統(tǒng)中扮演一個很重要的角色，通過該技術(shù)可以使認(rèn)知用戶能夠?qū)ふ业绞跈?quán) 用戶所不使用的頻譜資源。
[0004] 頻譜感知的方法包括兩類，單用戶頻譜感知和多用戶頻譜感知。雖然單用戶頻譜 感知比較簡單，但是檢測性能受無線信道中的時變陰影衰落很是嚴(yán)重。隨著檢測用戶數(shù)的 增加，系統(tǒng)的檢測性能也會隨之提高。因此多用戶頻譜感知的技術(shù)比較常用?，F(xiàn)在多數(shù)的 多用戶頻譜感知系統(tǒng)，主要考慮的是在帶有一個數(shù)據(jù)融合處理中心來接收多個用戶各自頻 譜檢測的結(jié)果，通過一定的規(guī)則或算法得到最終的檢測結(jié)果，然后在通過數(shù)據(jù)融合處理中 心將最終檢測結(jié)果上報給接收端從而來判定此授權(quán)用戶是否占用當(dāng)前所分配的頻段。雖然 多次檢測結(jié)果匯總處理能夠得到一個比較正確的檢測結(jié)果，但是在帶有融合處理中心的多 用戶頻譜感知的系統(tǒng)中，頻譜檢測的時間過長勢必會對授權(quán)用戶造成干擾。因此，分布式頻 譜感知技術(shù)被提出?，F(xiàn)狀多數(shù)的分布式頻譜感知方法雖然能夠在一定程度上解決檢測時間 過長帶來的影響，但是頻譜的利用率比較低，并且在認(rèn)知用戶信息傳輸?shù)倪^程中授權(quán)用戶 的突然出現(xiàn)勢必會增加對授權(quán)用戶信息傳輸?shù)母蓴_，同時帶來認(rèn)知用戶與授權(quán)用戶信息分 離的干擾。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了解決在互聯(lián)網(wǎng)中頻譜資源緊缺，利用率低，頻譜檢測的時間 過長對授權(quán)用戶造成干擾，從而帶來認(rèn)知用戶與授權(quán)用戶信息分離的干擾，授權(quán)用戶在不 使用其所分配的頻譜資源時，造成頻譜資源的漏洞以及單用戶頻譜感知檢測性能受無線信 道中的時變陰影衰落嚴(yán)重的問題，而提出一種非理想信道下分布式協(xié)作頻譜感知的方法。
[0006] 上述的發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0007] 步驟一、在第一個時間段即第一個傳輸時隙?\時，認(rèn)知用戶m向認(rèn)知用戶η發(fā)送 信號

【權(quán)利要求】
1. 一種非理想信道下分布式協(xié)作頻譜感知的方法，其特征在于：一種非理想信道下分 布式協(xié)作頻譜感知的方法具體是按照以下步驟進(jìn)行的： 步驟一、在第一個時間段即第一個傳輸時隙?\時，認(rèn)知用戶m向認(rèn)知用戶η發(fā)送信號
:其中，η = 1，2,3,4, . . .，n，m = 1，2,3,4, . . .，m ; (1)為第一個傳輸時隙 1\，a 代表認(rèn) 知用戶m產(chǎn)生的信號； 步驟二、在傳輸時隙?\的下一個時間段即第二個傳輸時隙T2時，認(rèn)知用戶η放大接收 來的信號
牛將認(rèn)知用戶η要發(fā)送的信號
添加到放大后接收來的信號
#得到信號
全部發(fā)送給認(rèn)知用戶m，認(rèn)知用戶m端接收信號
后進(jìn)行信道估計和信號分離，得到檢 測信號
并將
進(jìn)行頻譜檢測，其中，（2)為第二個傳輸時隙T2;接收來的信號
包 括認(rèn)知用戶η發(fā)送信號
和第一個傳輸時隙授權(quán)用戶發(fā)送的信號
，b為認(rèn)知用戶η產(chǎn) 生的信號； 步驟三、在傳輸時隙Τ2的下一個時間段即第三個傳輸時隙Τ3時，認(rèn)知用戶m將接收的 認(rèn)知用戶η發(fā)送的信號
和接收第二個傳輸時隙授權(quán)用戶發(fā)送的信號進(jìn)行放大后添加到 認(rèn)知用戶m本身要發(fā)送的信號
中得到混合信號
全部發(fā)送給認(rèn)知用戶n，用戶η將信 號
進(jìn)行信道估計后得到」
S其中，（3)為第三個傳輸時隙； 步驟四、在傳輸時隙Τ3的下一個時間段即第四個傳輸時隙Τ4時，將認(rèn)知用戶η端接收 的信號為
和接收第三個傳輸時隙授權(quán)用戶的信號放大后添加到認(rèn)知用戶η本身要發(fā)送 的信號
中，得到混合信號
全部發(fā)送給認(rèn)知用戶m，認(rèn)知用戶m端接收信i
'后進(jìn)行 信道估計和信號分離，得到檢測信號
.并將
進(jìn)行頻譜檢測，其中，（4)為第四個傳輸 時隙； 步驟五、在傳輸時隙T4的下一個時間段即第五個傳輸時隙T5時，認(rèn)知用戶m將認(rèn)知用 戶η發(fā)送的信號
和第四個傳輸時隙授權(quán)用戶的信號放大后添加到認(rèn)知用戶m本身要發(fā) 送的信號
中的混合信號
：部發(fā)送給認(rèn)知用戶n，用戶η將信，
注行信道估計后 得到.
其中，（5)為第五個傳輸時隙； 步驟六、在傳輸時隙Τ5的下一個時間段即第六個傳輸時隙Τ6時，認(rèn)知用戶η將認(rèn)知用 戶m發(fā)送的信號
和第五個傳輸時隙授權(quán)用戶的信號放大后添加認(rèn)知用戶η要發(fā)送的信 號
的混合信號.
全部發(fā)送給認(rèn)知用戶m，認(rèn)知用戶m端接收信號，
彳進(jìn)行信道估計 和信號分離，得到檢測信號.
并將：
?行頻譜檢測，其中，（6)為第六個傳輸時隙；即 完成了一種非理想信道下分布式協(xié)作頻譜感知的方法。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種非理想信道下分布式協(xié)作頻譜感知的方法，其特征在于： 步驟二中的授權(quán)用戶發(fā)送的信號得到的過程為： 1) 在認(rèn)知用戶無線電系統(tǒng)中，授權(quán)用戶發(fā)送的信號形式是正弦形式，認(rèn)知用戶η和認(rèn) 知用戶m所發(fā)送的信號為兩個階數(shù)不同的Chirp信號； 2) 通過分?jǐn)?shù)傅里葉變換和窄帶的分?jǐn)?shù)域濾波器，將認(rèn)知用戶η、認(rèn)知用戶m和授權(quán)用戶 的信號中將要認(rèn)知用戶的信號分離出來； 3) 將分離出來的信號中的認(rèn)知用戶的信號去除，剩下的信號即為系統(tǒng)性能檢測所需要 的授權(quán)用戶信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種非理想信道下分布式協(xié)作頻譜感知的方法，其特征在于： 所述步驟二中認(rèn)知用戶η放大接收來的信號
表示為：
其中是第i個傳輸時隙時當(dāng)授權(quán)用戶發(fā)送的信號，Θ是授權(quán)用戶存在的指示符， 當(dāng)Θ = 1時則代表授權(quán)用戶存在，當(dāng)Θ = 〇時則代表授權(quán)用戶不存在
代表第i個傳 輸時隙認(rèn)知用戶m與η之間的信道系數(shù)，i = 1，2,3. ... i，時分雙工的模式，h" = hM
代表第i個傳輸時隙授權(quán)用戶與認(rèn)知用戶η之間的信道系數(shù)，i = 1，2, 3. . . . i，
代表第 一個傳輸時隙認(rèn)知用戶m向認(rèn)知用戶η發(fā)送信號
代表第一個傳輸時隙認(rèn)知用戶η 端接收到的噪聲。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種非理想信道下分布式協(xié)作頻譜感知的方法，其特征在于： 所述步驟二中在傳輸時隙?\的下一個時間段即第二個傳輸時隙Τ 2時，認(rèn)知用戶η放大接收 來的信，
并將認(rèn)知用戶η要發(fā)送的信號
：添加到放大后接收來的信號_
#得到信 號
全部發(fā)送給認(rèn)知用戶m，認(rèn)知用戶m端接收信號
后進(jìn)行信道估計和信號分離，得 到檢測信號
件將：
進(jìn)行頻譜檢測具體過程為：
其中，，
為第i個傳輸時隙認(rèn)知用戶端放大轉(zhuǎn)發(fā)的系數(shù)，
為第二個傳輸時隙認(rèn) 知用戶η要發(fā)送的信號； 認(rèn)知用戶m接收到的信號進(jìn)一步的化簡為：
nm代表認(rèn)知用戶η向認(rèn)知用戶m發(fā)送信號，是第二個傳輸時隙時授權(quán)用戶發(fā)送的 信號，
'代表第二個傳輸時隙認(rèn)知用戶m端接收到的噪聲； 系統(tǒng)檢測時所估計得到的信號系數(shù)為
其中θι是信道估計誤差；認(rèn)知用 戶η所發(fā)送的信號被消除，S卩
，其中，
為認(rèn)知用戶η所發(fā)送信號被分離 后的信號，e2是認(rèn)知用戶η信號分離誤差；此時在第二個傳輸時隙的認(rèn)知用戶m端接收信 號
空過信道估計和信號分離之后的被檢測信號表示為：
由于頻譜檢測是采用的是能量檢測，那么能量檢測問題被描述為： Y = Θ H+W 其中，Y為需要進(jìn)行能量檢測的信號時域形式，W代表高斯白噪聲，檢測Η指示取決于： Hi ： Θ =1 H〇 ： θ = 〇 此時，在第二個傳輸時隙時，Η(2)與
被分別表示為：
在認(rèn)知用戶m端檢測時，虛警概率i^2L·
和檢測概率公式分別表示為： 其中，T(Y) = |Y|2，Pm是認(rèn)知用戶m從授權(quán)用戶接收到信號的功率；Pn是認(rèn)知用戶η從 授權(quán)用戶接收到信號的功率，K = (edefe^P, L = {eA-e^rPh2, Ρ是認(rèn)知用戶m或η所 傳輸?shù)男盘柟β?；h為信道系數(shù)，認(rèn)知用戶m端通過能量檢測，獲得認(rèn)知用戶m端的檢測性 能。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種非理想信道下分布式協(xié)作頻譜感知的方法，其特征在于： 步驟三中用戶η將信號進(jìn)行信道估計后得到彡+f表示為 ：
其中：
代表第三個傳輸時隙認(rèn)知用戶m端接收到的噪聲。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種非理想信道下分布式協(xié)作頻譜感知的方法，其特征在于： 步驟四中得到檢測信號
表示為：
其中，
代表第四個傳輸時隙認(rèn)知用戶m端接收到的噪聲；
代表第三個傳輸時隙 認(rèn)知用戶η端接收到的噪聲；d為檢測信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種非理想信道下分布式協(xié)作頻譜感知的方法，其特征在于： 步驟四中得到混合信號
表示為：
〇
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種非理想信道下分布式協(xié)作頻譜感知的方法，其特征在于： 步驟五中用戶η將信號Mfi進(jìn)行信道估計后得到^>表示為 ：
其中，
代表第五個傳輸時隙認(rèn)知用戶η端接收到的噪聲。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種非理想信道下分布式協(xié)作頻譜感知的方法，其特征在于： 步驟六得到檢測信號_
0式為：
其中，Mf代表第六個傳輸時隙認(rèn)知用戶m端接收到的噪聲。
【文檔編號】H04B17/00GK104125027SQ201410400304
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】吳宣利, 付楠楠, 吳瑋, 孫陸寬, 趙婉君, 韓杏玲, 馬哲明 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)