車聯(lián)認(rèn)知無(wú)線電自適應(yīng)頻譜感知方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種車聯(lián)認(rèn)知無(wú)線電自適應(yīng)頻譜感知方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 車聯(lián)物聯(lián)網(wǎng)是W車內(nèi)網(wǎng)、車際網(wǎng)和車載移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，在車與車或者車與人 之間，按照預(yù)先約定的協(xié)議和交互標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和信息交換的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，它是能夠?qū)?現(xiàn)車輛智能監(jiān)控和智能交通管理的一體化網(wǎng)絡(luò)，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通系統(tǒng)領(lǐng)域的典型應(yīng) 用，也是國(guó)家"一帶一路"重大戰(zhàn)略得W實(shí)現(xiàn)的重要因素。
[0003] 在現(xiàn)有的車輛中，隨著各式無(wú)線通信設(shè)備不斷在車輛中的安裝，使得安裝有通信 設(shè)備的多數(shù)車輛組成了一個(gè)復(fù)雜繁忙的車聯(lián)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。在由車輛構(gòu)成的車聯(lián)無(wú)線通信 網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)線通信設(shè)備在工作時(shí)，需要占用大量的頻段，W實(shí)現(xiàn)與外界設(shè)備的信息交互。但 是，空間上形成的繁忙無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中，真正能夠令通信設(shè)備隨時(shí)占用的空閑通信頻段少 之又少，通信頻譜資源緊缺問(wèn)題正成為嚴(yán)重制約車聯(lián)物聯(lián)網(wǎng)順楊通信的關(guān)鍵問(wèn)題。由于現(xiàn) 有可用通信的頻譜資源是有限的，如何有效地利用現(xiàn)有緊缺的頻譜資源，W實(shí)現(xiàn)車聯(lián)物聯(lián) 網(wǎng)的正常通信需求，正成為當(dāng)前車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域亟需解決的關(guān)鍵?；谡J(rèn)知無(wú)線電（Cognitive Radio, CR)技術(shù)的車聯(lián)認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)在此背景下應(yīng)運(yùn)而生。車聯(lián)網(wǎng)中具有認(rèn)知功能的車 輛也被稱之為認(rèn)知車輛。
[0004] 車聯(lián)認(rèn)知無(wú)線電的基本途徑是，首先認(rèn)知車輛對(duì)周圍環(huán)境中的已授權(quán)頻譜資源持 續(xù)感知;然后在保證授權(quán)用戶優(yōu)先占用該段頻譜的條件下，認(rèn)知車輛自適應(yīng)地調(diào)整收發(fā)設(shè) 備至空閑頻譜上通信。當(dāng)認(rèn)知車輛感知到授權(quán)用戶信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，認(rèn)知車輛則快速騰出該頻 段供授權(quán)用戶使用，進(jìn)而避免對(duì)授權(quán)用戶的正常通信進(jìn)行干擾，從而提供在車聯(lián)網(wǎng)中的頻 譜資源利用率。
[0005] 為了減少實(shí)際環(huán)境中多徑衰落和陰影效應(yīng)等諸多因素對(duì)感知性能的不利影響，基 于多個(gè)認(rèn)知車輛的協(xié)作頻譜感知方法被不斷提出。各認(rèn)知車輛首先預(yù)先設(shè)定針對(duì)所接收信 號(hào)能量的判決口限值，并基于設(shè)定的判決口限值作出能量檢測(cè)，W對(duì)授權(quán)用戶的頻段作出 本地檢測(cè)，然后再將每個(gè)認(rèn)知車輛的檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給頻譜感知融合中屯、進(jìn)行融合，W達(dá)到 對(duì)頻譜進(jìn)行感知的目的。
[0006] 但是，在車聯(lián)認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)的協(xié)作頻譜感知中，各認(rèn)知車輛并非始終處于靜止不動(dòng) 狀態(tài)，各認(rèn)知車輛接收的信號(hào)能量也是變動(dòng)的，運(yùn)就要求針對(duì)信號(hào)能量設(shè)置的判決口限值 也應(yīng)該是動(dòng)態(tài)變動(dòng)的，W適應(yīng)認(rèn)知車輛在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中對(duì)頻譜的準(zhǔn)確感知要求。因此，現(xiàn)有車 聯(lián)認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)作頻譜感知方法并不能滿足認(rèn)知車輛的實(shí)際感知需求，也不能準(zhǔn)確 的實(shí)現(xiàn)頻譜感知。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種在車聯(lián)認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò) 中，能夠自適應(yīng)的調(diào)整、獲取最優(yōu)的能量判決口限值，W有效提高認(rèn)知車輛協(xié)作頻譜感知效 率的車聯(lián)認(rèn)知無(wú)線電自適應(yīng)頻譜感知方法。
[0008] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:車聯(lián)認(rèn)知無(wú)線電自適應(yīng)頻譜感知 方法，用于頻譜感知融合中屯、和N個(gè)具有頻譜感知功能的認(rèn)知車輛進(jìn)行頻譜檢測(cè)，其特征在 于，依次包括如下步驟：
[0009] (1)建立由頻譜感知融合中屯、、N個(gè)認(rèn)知車輛W及授權(quán)用戶組成的認(rèn)知車聯(lián)網(wǎng)；其 中，頻譜感知融合中屯、記為FC，認(rèn)知車輛標(biāo)記為CRi(i = l，2,…，N)，授權(quán)用戶記為PU;
[0010] (2)N個(gè)認(rèn)知車輛CRi分別進(jìn)行基于能量的頻譜感知、獨(dú)立地獲取自身信噪比SNRi， 并分別將獲取的信噪比SNRi和頻譜感知結(jié)果發(fā)送至頻譜感知融合中屯、FC;其中，頻譜感知 結(jié)果包括認(rèn)知車輛CRi的檢測(cè)概率Pd,擬及虛警概率Pf, i，i = 1，2，…，N;
[0011] (3)頻譜感知融合中屯、FC接收各認(rèn)知車輛CRi發(fā)送的信噪比SNRi和頻譜感知結(jié)果， 并判斷信噪比SNRi大于預(yù)設(shè)的信噪比篩選值SNRshDse時(shí)，則選擇此信噪比對(duì)應(yīng)的認(rèn)知車輛為 參與協(xié)作感知的初選認(rèn)知組成員，并執(zhí)行步驟(4);否則，選擇具有最高信噪比的認(rèn)知車輛 所對(duì)應(yīng)的頻譜感知結(jié)果為頻譜感知融合中屯、FC的最終檢測(cè)結(jié)果；
[0012] (4)根據(jù)參與協(xié)作感知的初選認(rèn)知組中各認(rèn)知車輛的信噪比和檢測(cè)概率，計(jì)算初 選認(rèn)知組中各初選認(rèn)知車輛CR'i的可靠度ΦιΚ及初選認(rèn)知組的信噪比均方根值γ .，并令信 噪比SNR' i = 丫 i，初選認(rèn)知組中認(rèn)知車輛的數(shù)量為Ν'，且Ν '如;其中，初選認(rèn)知組中各初選 認(rèn)知車輛CR'i的可靠度恥、初選認(rèn)知組的信噪比均方根值f的計(jì)算公式如下：
[0013]
[0014] (5)頻譜感知融合中屯、FC分別依次計(jì)算初選認(rèn)知組中各初選認(rèn)知車輛信噪比 SNR ' 1與初選認(rèn)知組信噪比均方根值，7之間的歸一化商值示;其中，
[0015]
[0016] (6)頻譜感知融合中屯、FC計(jì)算、獲取信噪比預(yù)設(shè)闊值λ和信噪比最佳闊值A(chǔ)optimal， 計(jì)算初選認(rèn)知組中各初選認(rèn)知車輛CR'i的聯(lián)合篩選參數(shù)值ξι，并選定參與協(xié)作的復(fù)選認(rèn)知 車輛;其中，該步驟包括步驟(6-1)至步驟(6-3):
[0017] (6-1)頻譜感知融合中屯、FC根據(jù)接收的Ν'個(gè)初選認(rèn)知車輛CR'i對(duì)應(yīng)的信噪比集合 {5^'1}，獲取初選認(rèn)知車輛信噪比集合{5^'1}中的信噪比最大值;其中，記該信噪比最大 值為 SNR'max;
[001引（6-2)?獲取的信噪比最大值SNR'max為參考，將信噪比最大值SNR'max分別與Ν' 個(gè)初選認(rèn)知車輛CR'i的信噪比SNR'i作商處理，計(jì)算得到各初選認(rèn)知車輛信噪比SNR'i所對(duì) 應(yīng)的初始闊值λ。其中，
[0019] λι= ISNR'max/SNR'il ,? = 1,2,···,Ν'；
[0020] (6-3)根據(jù)各初選認(rèn)知車輛CR'i的可靠度恥和歸一化商值巿，計(jì)算各初選認(rèn)知車輛 CR'I的聯(lián)合篩選參數(shù)值ξι，并根據(jù)聯(lián)合篩選參數(shù)值ξι，選取參與協(xié)作的復(fù)選認(rèn)知車輛CR"J; 其中，復(fù)選認(rèn)知車輛CR"j的數(shù)量為n，ξ?=η.!-·ψ;.，i = l，2，···，N'，j = l，2,…，n，n < Ν' ：
[0021] 若聯(lián)合篩選參數(shù)值ξι位于預(yù)設(shè)數(shù)值區(qū)間范圍Ka，Cb]內(nèi)，即ξ。時(shí)，則選取該 聯(lián)合篩選參數(shù)值ξι對(duì)應(yīng)的初選認(rèn)知車輛為復(fù)選認(rèn)知車輛，并參與協(xié)作感知；否則，該初選認(rèn) 知車輛不予選??；
[0022] (7)頻譜感知融合中屯、FC根據(jù)選定的參與協(xié)作的復(fù)選認(rèn)知車輛的頻譜感知結(jié)果進(jìn) 行自適應(yīng)感知融合;其中，自適應(yīng)感知融合過(guò)程包括如下步驟(7-1)至步驟(7-3):
[0023] (7-1)頻譜感知融合中屯、FC根據(jù)η個(gè)復(fù)選認(rèn)知車輛發(fā)送的頻譜感知結(jié)果，統(tǒng)計(jì)η個(gè) 復(fù)選認(rèn)知車輛中感知到授權(quán)用戶PU頻譜為占用狀態(tài)的復(fù)選認(rèn)知車輛數(shù)目為m( 1 < m < η)，感 知到授權(quán)用戶PU頻譜為空閑狀態(tài)的復(fù)選認(rèn)知車輛數(shù)目為n-m;其中，授權(quán)用戶PU頻譜為占用 狀態(tài)記為化，授權(quán)用戶PUi頻譜為空閑狀態(tài)記為化；
[0024] (7-2)頻譜感知融合中屯、FC根據(jù)m個(gè)復(fù)選認(rèn)知車輛發(fā)送的信噪比，計(jì)算m個(gè)感知到 授權(quán)用戶PU頻譜為占用狀態(tài)化的復(fù)選認(rèn)知車輛誠(chéng)信系數(shù)Ki,u，根據(jù)m個(gè)復(fù)選認(rèn)知車輛發(fā)送的 信噪比計(jì)算n-m個(gè)感知到授權(quán)用戶PU頻譜為空閑狀態(tài)化的復(fù)選認(rèn)知車輛誠(chéng)信系數(shù)Κ2,ν;其 中，誠(chéng)信系數(shù)Kl,uW及化V的計(jì)算公式如下：
[0025]
[0026] (7-3)頻譜感知融合中屯、FC根據(jù)m個(gè)復(fù)選認(rèn)知車輛的各自感知結(jié)果W及誠(chéng)信系數(shù) K1,U，分別計(jì)算授權(quán)用戶PU頻譜為占用狀態(tài)出的平均檢測(cè)概率AeWi、全局檢測(cè)概率卿和 此占用狀態(tài)化對(duì)應(yīng)的全局漏檢概率及授權(quán)用戶PU的頻譜為空閑狀態(tài)化的平均檢 巧。概率戶腳、全局檢測(cè)概率化et挪、此空閑狀態(tài)化對(duì)應(yīng)的全局漏檢概率ZXweW。和全局虛警 概率Diww·;其中，該過(guò)程包括如下步驟(a)至步驟(f):
[0027] (a)建立m個(gè)復(fù)選認(rèn)知車輛協(xié)作感知的全局錯(cuò)誤檢測(cè)概率Pe，獲取關(guān)于決策口限的 能量檢測(cè)優(yōu)化函數(shù)丫 ^及能量檢測(cè)的最優(yōu)口限值丫 DPt，并計(jì)算授權(quán)用戶PU頻譜為占用狀 態(tài)化的平均檢測(cè)概率Art,機(jī)；其中，
[0028] m個(gè)復(fù)選認(rèn)知車輛協(xié)作感知的全局錯(cuò)誤檢測(cè)概率Pe計(jì)算公式如下：
[0029] Pt,二 Pi;、、Pt Ph、P附，/》Λ'? 二 1 -戶巧〇;
[0030]
[0031] /?。為授權(quán)用戶PU頻譜處于空閑狀態(tài)化的概率，Α/1為授權(quán)用戶PU頻譜處于占用狀 態(tài)出的概率;Pf為全局虛警概率，Pd為全局檢測(cè)概率，Pm為全局漏檢概率；；為對(duì)應(yīng)處于授 權(quán)用戶PU頻譜處于占用狀態(tài)化的m個(gè)復(fù)選認(rèn)知車輛的平均信噪比
snri為復(fù) 選認(rèn)知車輛CR" j自身的信噪比；
[0032] 關(guān)于決策口限的能量檢測(cè)優(yōu)化函數(shù)丫^定義為：
[0033]
[0034] 能量檢測(cè)的最優(yōu)口限值丫。pt為：
[0035]
[0036] 授權(quán)用戶PU頻譜為占用狀態(tài)出