本發(fā)明涉及認(rèn)知無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中的頻譜感知與檢測(cè)技術(shù)，更為具體地說(shuō)涉及一種在認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基于感知節(jié)點(diǎn)信任度的協(xié)作頻譜檢測(cè)技術(shù)。

背景技術(shù)：

隨著無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不斷增長(zhǎng)，可用的無(wú)線頻譜資源變得越來(lái)越稀缺。另一方面，目前的無(wú)線頻譜資源利用率非常不均衡，存在大量頻譜利用率很低的授權(quán)頻段。認(rèn)知無(wú)線電(cognitiveradio，cr)是智能感知頻譜環(huán)境、高效利用無(wú)線頻譜的技術(shù)手段之一，引起了人們的廣泛關(guān)注。

在認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，為了避免對(duì)主(授權(quán))用戶的干擾，認(rèn)知用戶需要對(duì)周圍的頻譜環(huán)境進(jìn)行連續(xù)的準(zhǔn)確和快速感知。因此，準(zhǔn)確快速的頻譜感知技術(shù)是實(shí)現(xiàn)認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。由于大多數(shù)認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)存在隱蔽終端、信道多徑、陰影衰落等復(fù)雜多變的傳播特性，單節(jié)點(diǎn)的頻譜檢測(cè)難以保證頻譜檢測(cè)的準(zhǔn)確，協(xié)作頻譜檢測(cè)可以有效地改善頻譜檢測(cè)的性能。但在協(xié)作頻譜感知過(guò)程中，各個(gè)感知節(jié)點(diǎn)頻譜檢測(cè)結(jié)果的可靠性是各不相同的。如果一些可靠性較低的節(jié)點(diǎn)參與融合中心的感知數(shù)據(jù)融合，往往不但不會(huì)提高融合中心的頻譜感知性能，反而會(huì)惡化頻譜感知性能，使感知準(zhǔn)確度下降，同時(shí)還會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決感知節(jié)點(diǎn)頻譜檢測(cè)可靠性的評(píng)價(jià)問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種基于認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)感知節(jié)點(diǎn)信任度的協(xié)作頻譜檢測(cè)方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明一種基于感知節(jié)點(diǎn)信任度的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)作頻譜檢測(cè)方法，所述認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)主用戶、n個(gè)認(rèn)知用戶和一個(gè)頻譜檢測(cè)融合中心，所述n個(gè)認(rèn)知用戶形成n個(gè)頻譜檢測(cè)感知節(jié)點(diǎn)，所述協(xié)作頻譜檢測(cè)方法包括如下步驟：

步驟1、第i個(gè)感知節(jié)點(diǎn)在頻譜檢測(cè)時(shí)所接收的信號(hào)為xi(t)進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)，得到本地檢測(cè)結(jié)果di，并將本地檢測(cè)結(jié)果di發(fā)送至融合中心，i＝1,2,...,n；

步驟2、融合中心計(jì)算第k-1次頻譜檢測(cè)后各個(gè)感知節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)率pdi(k-1)和虛警率pfi(k-1)；其中，檢測(cè)率pdi(k-1)的定義為：在前k-1次頻譜檢測(cè)中，融合中心判斷主用戶信號(hào)存在并且第i個(gè)感知節(jié)點(diǎn)也判斷主用戶信號(hào)存在的概率，首輪頻譜檢測(cè)的檢測(cè)率為1；虛警率pfi(k-1)的定義為：在前k-1次頻譜檢測(cè)中，融合中心判斷主用戶信號(hào)不存在但第i個(gè)感知節(jié)點(diǎn)判斷主用戶信號(hào)存在的概率，首輪頻譜檢測(cè)的虛警率為0；

步驟3、計(jì)算感知節(jié)點(diǎn)的信任度，第k次檢測(cè)時(shí)第i個(gè)感知節(jié)點(diǎn)的信任度為

其中，ri(k)為第k次頻譜檢測(cè)時(shí)第i個(gè)感知節(jié)點(diǎn)的信任度，α和β分別是節(jié)點(diǎn)本地檢測(cè)的檢測(cè)率和虛警率加權(quán)因子，α+β＝1，i＝1,2,...,n；

步驟4、融合中心將第k次頻譜檢測(cè)時(shí)所有感知節(jié)點(diǎn)信任度的平均值或切尾平均值作為第k次頻譜檢測(cè)時(shí)感知節(jié)點(diǎn)選擇的信任度門(mén)限；

步驟5、選擇信任度大于或等于所述信任度門(mén)限的感知節(jié)點(diǎn)參與融合中心的協(xié)作頻譜檢測(cè)；

步驟6、計(jì)算參與協(xié)作頻譜檢測(cè)感知節(jié)點(diǎn)的本地檢測(cè)結(jié)果平均值m為第k次頻譜檢測(cè)時(shí)參與融合中心協(xié)作頻譜檢測(cè)的感知節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；

步驟7、計(jì)算融合中心的全局頻譜檢測(cè)判決統(tǒng)計(jì)量hr(k)，

其中，hsl是預(yù)設(shè)的感知節(jié)點(diǎn)的歷史信息長(zhǎng)度，，ρ是加權(quán)因子，0<ρ<1；

步驟8、若融合中心的全局統(tǒng)計(jì)量hr(k)大于本地檢測(cè)結(jié)果平均值gr(k)，則融合中心判決主用戶存在，否則融合中心判決主用戶不存在。

本發(fā)明還具有如下特征：

1、所述主用戶在其授權(quán)頻譜中傳輸?shù)闹饔脩粜盘?hào)為s(t)，第i個(gè)感知節(jié)點(diǎn)在頻譜檢測(cè)時(shí)所接收的信號(hào)為xi(t)，該感知節(jié)點(diǎn)的信道增益為hi(t)，信道的加性高斯白噪聲為ni(t)，其中i＝1,…n。

2、第k次頻譜檢測(cè)時(shí)感知節(jié)點(diǎn)選擇的信任度門(mén)限

3、α的最佳取值為0.6，β的最佳取值為0.4。

4、hsl的最佳長(zhǎng)度為15。預(yù)設(shè)的感知節(jié)點(diǎn)歷史信息長(zhǎng)度hsl過(guò)短，存在感知節(jié)點(diǎn)偶發(fā)性錯(cuò)誤對(duì)頻譜檢測(cè)的影響；預(yù)設(shè)的感知節(jié)點(diǎn)的歷史信息長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，計(jì)算復(fù)雜性提高，一般10<hsl<20。

5、ρ的最佳取值為0.65。

6、若融合中心判決主用戶存在，則網(wǎng)絡(luò)中檢測(cè)段的頻譜忙碌，認(rèn)知用戶不可使用該頻段進(jìn)行業(yè)務(wù)通信；若融合中心判決主用戶不存在，則網(wǎng)絡(luò)中檢測(cè)段的頻譜空閑，認(rèn)知用戶可以使用該頻段進(jìn)行業(yè)務(wù)通信。

本發(fā)明方法在于認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)作頻譜檢測(cè)中，通過(guò)設(shè)置恰當(dāng)?shù)男湃味乳T(mén)限，選擇信任度較高的感知節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作，設(shè)計(jì)合理的全局頻譜檢測(cè)判決統(tǒng)計(jì)量和判決門(mén)限進(jìn)行頻譜檢測(cè)判決，消除了低可靠節(jié)點(diǎn)以及故障或惡意節(jié)點(diǎn)對(duì)協(xié)作頻譜檢測(cè)性能的影響，減少了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開(kāi)銷，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)生命周期。具體來(lái)說(shuō)就是每個(gè)感知節(jié)點(diǎn)將各自獲得的本地頻譜檢測(cè)結(jié)果發(fā)給融合中心，融合中心根據(jù)每個(gè)感知節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)率和虛警率計(jì)算相應(yīng)感知節(jié)點(diǎn)的信任度，選擇信任度高的節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作，拒絕低信任度節(jié)點(diǎn)以及故障或惡意節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作頻譜檢測(cè)，選擇合適的歷史信息長(zhǎng)度hsl以及加權(quán)因子ρ，減小感知節(jié)點(diǎn)本地檢測(cè)時(shí)的偶發(fā)性錯(cuò)誤對(duì)頻譜檢測(cè)的影響。

本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)通過(guò)設(shè)置感知節(jié)點(diǎn)信任度及其門(mén)限，選擇高信任度節(jié)點(diǎn)參與協(xié)作，減少了參與協(xié)作的感知節(jié)點(diǎn)數(shù)，節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開(kāi)銷，消除了低可靠節(jié)點(diǎn)以及故障或惡意節(jié)點(diǎn)對(duì)協(xié)作頻譜檢測(cè)性能的影響，提高了檢測(cè)性能；

(2)通過(guò)感知節(jié)點(diǎn)信任度的動(dòng)態(tài)更新，減少了感知節(jié)點(diǎn)本地檢測(cè)時(shí)的偶發(fā)性錯(cuò)誤對(duì)頻譜檢測(cè)的影響，提高了全局頻譜檢測(cè)的正確率；

(3)通過(guò)引入感知節(jié)點(diǎn)歷史信息衰減加權(quán)因子，使全局判決的結(jié)果更為準(zhǔn)確，提高了協(xié)作頻譜檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

圖1是認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例頻譜檢測(cè)方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1，在一個(gè)包括至少一個(gè)主用戶、n個(gè)認(rèn)知用戶和一個(gè)融合中心的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，認(rèn)知用戶對(duì)周圍頻譜環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果存在兩種：1、網(wǎng)絡(luò)中檢測(cè)段的頻譜忙碌，主用戶正在使用該段頻譜；2、網(wǎng)絡(luò)中檢測(cè)段的頻譜空閑，主用戶不在使用該段頻譜。

感知節(jié)點(diǎn)i采用能量檢測(cè)算法(實(shí)際上可以采用任何一種單節(jié)點(diǎn)頻譜檢測(cè)方法，如匹配濾波器檢測(cè)、循環(huán)平穩(wěn)檢測(cè)，特征值檢測(cè)等)對(duì)接收到的信號(hào)xi(t)中是否存在主用戶信號(hào)s(t)進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)，得到本地檢測(cè)結(jié)果di。如果主用戶信號(hào)s(t)存在，則檢測(cè)結(jié)果di＝1；如果主用戶信號(hào)s(t)不存在，則檢測(cè)結(jié)果di＝0。

各感知節(jié)點(diǎn)將本地檢測(cè)結(jié)果發(fā)送至融合中心，由融合中心判決檢測(cè)段頻譜是否存在主用戶信號(hào)s(t)。融合中心對(duì)是否存在主用戶進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)的基本步驟如圖2，具體過(guò)程如下：

首先，融合中心計(jì)算第(k-1)次(上次)頻譜檢測(cè)后表征感知節(jié)點(diǎn)頻譜檢測(cè)準(zhǔn)確性的檢測(cè)率pdi(k-1)和虛警率pfi(k-1)。檢測(cè)率pdi(k-1)的定義為：在前k-1次頻譜檢測(cè)中，融合中心判斷主用戶信號(hào)存(dfc＝1)在并且第i個(gè)感知節(jié)點(diǎn)也判斷主用戶信號(hào)存在(di＝1)的概率，即pdi(k)＝p{di＝1|dfc＝1}，首輪頻譜檢測(cè)的檢測(cè)率為1；虛警率pfi(k-1)的定義為：在前k-1次頻譜檢測(cè)中，融合中心判斷主用戶信號(hào)不存在(dfc＝0)但第i個(gè)感知節(jié)點(diǎn)判斷主用戶信號(hào)s(t)存在(di＝1)的概率，即pfi(k)＝p{di＝1|dfc＝0}，首輪頻譜檢測(cè)的虛警率為0。

然后，根據(jù)給定的節(jié)點(diǎn)本地檢測(cè)檢測(cè)率和虛警率的加權(quán)因子α和β計(jì)算感知節(jié)點(diǎn)i的信任度ri(k)＝αpdi(k-1)+β(1-pfi(k-1))。在本例中，α＝0.6，β＝0.4。在首輪頻譜檢測(cè)時(shí)，每個(gè)感知節(jié)點(diǎn)的信任度為1，從第二次頻譜檢測(cè)開(kāi)始，每檢測(cè)一次，感知節(jié)點(diǎn)的信任度更新一次。

其次，將第k次檢測(cè)時(shí)的所有感知節(jié)點(diǎn)信任度的平均值作為第k檢測(cè)時(shí)感知節(jié)點(diǎn)選擇的信任度門(mén)限選擇信任度大于或等于該門(mén)限的感知節(jié)點(diǎn)參與融合中心的協(xié)作頻譜檢測(cè)，計(jì)算參加協(xié)作頻譜檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的本地檢測(cè)結(jié)果的平均值其中，m＝1,2,...,m，m為第k次檢測(cè)時(shí)參與融合中心協(xié)作頻譜檢測(cè)的感知節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

再次，給定感知節(jié)點(diǎn)的歷史信息長(zhǎng)度hsl以及加權(quán)因子ρ，0<ρ<1，計(jì)算融合中心的全局頻譜檢測(cè)判決統(tǒng)計(jì)量。在本例中，hsl＝15，ρ＝0.65。

最后，融合中心根據(jù)全局頻譜檢測(cè)判決統(tǒng)計(jì)量和判決門(mén)限作出全局頻譜檢測(cè)判決。若融合中心的全局統(tǒng)計(jì)量hr(k)大于判決門(mén)限gr(k)，則融合中心判決主用戶存在，假設(shè)h1成立，網(wǎng)絡(luò)中檢測(cè)段的頻譜忙碌，認(rèn)知用戶不可以使用該頻段進(jìn)行業(yè)務(wù)通信；否則融合中心判決主用戶不存在，假設(shè)h0成立，網(wǎng)絡(luò)中檢測(cè)段的頻譜空閑，認(rèn)知用戶可以使用該頻段進(jìn)行業(yè)務(wù)通信。

除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。