認知無線電網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)歷任意移動周期后頻譜檢測系統(tǒng)性能參量獲得方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信息與通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及認知用戶不斷隨機移動的移動場景下 頻譜感知系統(tǒng)檢測性能指標獲得方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，無線通信技術(shù)的快速發(fā)展導致人們對于無線頻譜資源的需求量急劇增 加。然而，目前固定式的頻譜分配方式使得大多數(shù)頻帶沒有得到充分的利用。為了提升頻 譜利用率，研究人員提出了認知無線電（CR)技術(shù)。CR作為解決無線頻譜資源匱乏問題的關(guān) 鍵技術(shù)，近年來已經(jīng)引起了國際標準化組織、各國頻譜資源分配管理機構(gòu)、學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界 的極大興趣和研究熱情。CR是在不影響主用戶信號的授權(quán)頻段，即固定分配給用戶的頻段， 正常進行通信的前提下，讓具有無線電環(huán)境感知功能的無線通信設(shè)備動態(tài)接入主用戶授權(quán) 頻段，從而完成頻譜資源的共享。認知無線電技術(shù)是一項復(fù)雜的技術(shù)，其研究內(nèi)容包括無線 頻譜感知、動態(tài)頻譜共享和管理等諸多技術(shù)。頻譜感知是認知無線電的核心技術(shù)之一，是認 知系統(tǒng)的基本功能，是實現(xiàn)頻譜管理、頻譜共享的前提。
[0003] 頻譜感知技術(shù)有兩個任務(wù)，首先需要在認知用戶需要傳輸數(shù)據(jù)時檢測到頻譜空 隙，而且需要在認知用戶傳輸數(shù)據(jù)過程中不間斷地檢測授權(quán)用戶是否出現(xiàn)。對于各種頻譜 感知算法的研究已經(jīng)成為了無線通信技術(shù)中的研究熱點。頻譜感知可分為單用戶頻譜檢測 法以及多用戶協(xié)作檢測法。能量檢測算法是一種單節(jié)點頻譜檢測算法，其原理簡單易于實 現(xiàn)且不需要知道主用戶的先驗信息，沒有對信號作任何假設(shè)。能量檢測法對任何信號都適 用，因此得到了廣泛的使用。實際的認知系統(tǒng)中，單節(jié)點頻譜感知算法是有較大的局限性 的，例如隱藏終端問題和陰影效應(yīng)等問題，這些都會大大降低單節(jié)點檢測的檢測性能。因 此，在實際系統(tǒng)中，單節(jié)點檢測往往是不可行的。在這樣的背景下，多用戶協(xié)作檢測法得到 了許多科研人員的關(guān)注。
[0004] 當前絕大多數(shù)關(guān)于認知無線電頻譜感知的研究都是在認知用戶保持靜止的假設(shè) 上進行的，然而，認知用戶的移動性是無線網(wǎng)絡(luò)的固有屬性?，F(xiàn)有方法無法對認知無線電網(wǎng) 絡(luò)中移動場景下單節(jié)點和多節(jié)點協(xié)作進行感知。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有方法無法對認知無線電網(wǎng)絡(luò)中移動場景下單節(jié)點和多節(jié) 點協(xié)作進行感知的問題，從而提供一種認知無線電網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)歷任意移動周期后頻譜檢測系 統(tǒng)性能參量獲得方法。
[0006] 認知無線電網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)歷任意移動周期后頻譜檢測系統(tǒng)性能參量獲得方法，
[0007] 該方法可以應(yīng)用于單節(jié)點頻譜檢測系統(tǒng)；
[0008] 假設(shè)移動場景下，認知用戶服從隨機游走模型，認知網(wǎng)絡(luò)中存在一個主用戶和一 個認知用戶；
[0009] 步驟一、采用公式：
[0010] yn=K/(dn)2 (2)
[0011] 獲得認知用戶檢測到主用戶信號的實時功率yn;
[0012] 式中：K是常量，且：
[0013] K=GrPtGt(Aw/4Ji)2
[0014] 式中：Gr表示認知用戶的天線增益，Pt表示主用戶的發(fā)射信號功率，Gt是授權(quán)用戶 的天線增益；λ"是主用戶信號的波長；
[0015] 步驟二、在每次能量檢測中，認知用戶采集Μ個點，Μ為正整數(shù)；且在高斯信道中， 噪聲的均值為〇,方差為σ2,預(yù)設(shè)能量檢測門限為λ;
[0016] 貝lj在第η個感知周期后，單節(jié)點頻譜感知的檢測概率為：
[0026] 獲得認知用戶和第η個移動周期的終點之間的間距(^η;1彡i彡Ν;νμ表示在第 η個移動周期中，該認知用戶的移動速度；θιη表示在第η個移動周期中，該認知用戶的移 動方向；Λt兩次檢測之間的時間間隔，即每個移動周期的持續(xù)的時間；
[0027] 步驟四、根據(jù)公式：
[0029] 獲得間距dlin的條件概率密度函數(shù)_表示該認知用戶的最大移動速度_表 示該認知用戶的最小移動速度；
[0030] 步驟五、根據(jù)式（4)推導出：
[0034] 式中：PQ為第η個移動周期內(nèi)認知用戶移動的距離；
[0035] 步驟六、用表達式4(^4,4.,,,1)替換式（5)中的|<"/3七|,則(^的條件概率密 度函數(shù)為：
[0037] 步驟七、根據(jù)式（2)獲得yi，n和dμ之間的關(guān)系式：
[0038] yin=K/(dijn)2 (7)
[0039] 貝1J，ylin的條件概率密度函數(shù)為：
[0041] 式中：匕(tdZj通過將匕中的山,"利用y1ιη替換得到；
[0042] 步驟八、通過公式：
[0044]計算yi,n的條件數(shù)學期望；
[0045] 步驟九、通過公式：
[0047] ylin的概率密度函數(shù)；
[0048] 其中：凡)是由式（6)、式⑶和下式（11)計算得到的：
[0052]其中，是由式（6)、式（9)和下式（13)計算得到的：
[0054] 步驟十、則移動場景下單節(jié)點頻譜感知的檢測概率巧:為：
[0060]其中：pr(p<Id丨是由（6)和下式（15)、（16)計算獲得的：
[0063]將檢測概率G、漏檢概率巧和虛警概率G作為單節(jié)點頻譜感知系統(tǒng)的檢測性 能參量，完成認知無線電網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)歷任意移動周期后頻譜檢測系統(tǒng)性能參量獲得方法。[0064] 該方法可以應(yīng)用于多節(jié)點硬判決協(xié)作頻譜檢測系統(tǒng)，
[0065] 假設(shè)移動場景下，認知用戶服從隨機游走模型，認知網(wǎng)絡(luò)中存在N個移動的認知 用戶以及一個融合中心FC;N為正整數(shù)；
[0066] 步驟一、采用公式：
[0067]yn=K/(dn)2 (2)
[0068] 獲得認知用戶檢測到主用戶信號的實時功率yn;
[0069] 式中：K是常量，且：
[0070]K=GrPtGt(Aw/4Ji)2
[0071] 式中：G彥示認知用戶的天線增益，Pt表示主用戶的發(fā)射信號功率，Gt是授權(quán)用戶 的天線增益；λ"是主用戶信號的波長；
[0072] 步驟二、在每次能量檢測中，每個認知用戶采集Μ個點，Μ為正整數(shù)；且在高斯信道 中，噪聲的均值為0,方差為σ2,預(yù)設(shè)能量檢測門限為λ;
[0073]貝1J在第η個感知周期后，多節(jié)點硬判決協(xié)作頻譜感知的檢測概率％為：
[0083] 獲得任一認知用戶SR和第η個移動周期的終點之間的間距d 1ιη;1彡i彡Ν ;ν1ιη 表示在第η個移動周期中，該認知用戶SR的移動速度；θιη表示在第η個移動周期中，該 認知用戶SR的移動方向；Λt兩次檢測之間的時間間隔，即每個移動周期的持續(xù)的時間； [0084]步驟四、根據(jù)公式：
[0086] 獲得間距dlin的條件概率密度函數(shù)表示該認知用戶Sh的最大移動速度；v_ 表示該認知用戶SR的最小移動速度；
[0087] 步驟五、根據(jù)式（4)推導出：
[0091] 式中：PQ為第η個移動周期內(nèi)認知用戶移動的距離；
[0092] 步驟六、用表達式匕(尤；)替換式（5)中的|九,/3^|,則dy的條件概率密 度函數(shù)為：
[0094] 步驟七、根據(jù)式（2)獲得yi,n和d1ιη之間的關(guān)系式：
[0095]yljn=K/(dljn)2 (7)
[0096] 則，ylin的條件概率密度函數(shù)為：
_8]式中：凡通過將中的t利用yμ替換得到；
[0099]步驟八、通過公式：
[0101] 計算ylin的條件數(shù)學期望；
[0102] 步驟九、通過公式：
[0104]ylin的概率密度函數(shù)；
[0105] 其中是由式（6)、式⑶和下式（11)計算得到的：
[0109]其中，是由式（6)、式（9)和下式（13)計算得到的：
[0111] 步驟十、則移動場景下多節(jié)點硬判決協(xié)作頻譜檢測系統(tǒng)頻譜感知的檢測概率 Q'd-H,為：
[0117]其中,乂」是通過式（6)、式（18)和式（19)計算獲得的：
[0123]并且f(ylin，…，yN,n|diinDΘi