[发明专利]寻找空闲工作频段的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及认知无线电，特别涉及节点辅助空间频谱估计的方法。

背景技术

认知无线电(Cognitive Radio)是为了解决未来无线通信中可用频谱资源紧缺，传统固定频谱分配机制利用率不高而提出的一种频谱共享技术，认知无线电通过对周围无线环境进行频谱感知(Spectrum Sensing)，并基于频谱感知的结果选择合适的空闲工作频段，调整无线传输参数，即避免了对该频段上有使用许可用户系统的干扰，又保证了认知设备的传输。认知无线电中一个关键技术和实现的前提就是如何保证准确而快速的进行频谱感知。

在认知无线电系统中，常见的单节点频谱感知方法包括能量检测，匹配滤波器，循环平稳特征检测等。这些感知方法都存在着不足，如能量检测器虽然实现比较简单，但是容易受到信道和噪声不确定性的影响。在单节点频谱感知的基础上基于协作的办法提出了协作感知的方法，即融合多个认知设备频谱感知的结果做出总的判决，从而能降低由于无线信道衰落或阴影对感知性能的影响。

在认知无线电系统中，常见的频谱感知方法按照参与感知的节点及其方式可以分为单节点感知，多节点协作感知和网络辅助感知三类。这三类感知方法各有其优缺点，单节点感知的优点在于实现简单，不需要节点之间交互控制信息和数据信息，缺点是感知性能容易受到无线信道衰落或阴影的影响。多节点协作感知的方法，即融合多个认知设备频谱感知的结果做出总的判决，能降低由于无线信道衰落或阴影对感知性能的影响，但是由于多个认知设备协同工作会带来很多问题，如需要增加信道来传输交互各自的感知信息，增加了处理的时延，此外由于恶意节点的出现可能会破坏感知结果。

针对传统的协作认知网络，在频谱感知方面需要解决如下几个方面的问题：

(1)传统的协作认知网络是固定的，但是由于认知设备的移动性，以及空闲频谱资源在空间上的分布不均，因此传统的认知网络存在很多问题，例如在不同区域内的可用空闲频谱资源并不一致，如果都使用统一的网络频谱信息会导致在某些局部对频谱许可系统的干扰。

(2)在传统的频谱感知中，所有的节点都要独立的在静默期(QuitePeriod)进行感知，在协作感知中还需要把感知结果上传给中央控制节点来做出总的频谱资源判决，这种机制使得所有节点设备都需要装备上感知模块，从而造成认知设备的实现上较为复杂，静默期的引入也需要系统具有较强的同步机制和控制机制。

应用场景如图1所示，主用户(Primary User)和认知次要用户(SecondaryUser)共享使用频谱，要保证认知设备不会影响主用户系统的正常工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种寻找空闲工作频段的方法和系统。

为实现上述目的，一种寻找空闲工作频段的方法，包括步骤：

a.具有感知能力的节点在各自特定的广播时隙广播其感知结果；

b.具有感知能力的节点在其它广播时隙内监听周围的广播信息，把接收到的其它感知节点的频谱信息进行数据融合，选择该位置合适的工作频段；

c.不具有感知能力的节点利用周围感知节点的广播信息找到可用的工作频段。

本发明具有较低的处理复杂度，计算速度快，而且方法简单、易于工程实现。此外在辅助节点数量较大时，可以实现感知信息准确性的验证，从而保证了频谱感知的安全性，避免了恶意节点对频谱感知的攻击。

附图说明

图1为典型的认知无线电应用场景；

图2为节点辅助频谱估计的工作原理示意图；

图3为估计的相对误差与辅助节点数量的关系；

图4为节点辅助频谱估计和传统协作频谱感知的检测概率的性能比较图。

具体实施方式

在IEEE 802.22标准草案D1.0中没有提出网络辅助感知的方法，在IEEE P1900.4(现在更名叫IEEE SCC(Standards Coordinating Committee)41标准组)中的关键技术之一就是利用CPC(Cognitive Pilot Channel，认知导频信道)为所有的可重配置节点提供可用网络信息，CPC技术可以看成一种初级的网络辅助感知技术。但是在SCC41中提出的CPC具有实现复杂，需要一个全球通用的工作频带等缺点，并且在一个较大的空间范围内使用统一的CPC不能反映出频谱的空间分布不均匀的特性。