[发明专利]认知传感器网络中多用户感知信道的选择方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于认知无线电网络中多用户多信道场景下感知信道选择方案，属于通信技术领域。

背景技术

近年来，随着无线通信业务的广泛发展，频谱资源出现了日趋匮乏的现象，其主要原因是无线频谱接入技术的不合理利用，即现有的无线通信系统均采用低效率的固定信道分配策略。认知无线电被认为是解决该问题最行之有效的新技术之一，它允许认知用户在不影响频带内合法用户正常通信的前提下共享该频段。

CRN(Cognitive Radio Network认知无线电网络)中，CRN对周围无线环境中频谱占用情况的准确、快速检测是提高频谱利用率同时保护主用户免受干扰的重要前提和核心环节，所以频谱感知是认知无线电中一项至关重要的技术。

认知无线电(Cognitive Radio，CR)中的物理层检测方法包括匹配滤波器检测法、能量检测法、以及特征检测法等。但是在实际应用场景中，由于各种原因，CR检测技术仅仅凭借单纯的物理层检测算法，对于提高频谱利用率以及保护主用户都有一定的局限性。所以有必要通过基于MAC层的CR检测机制对检测参数进行选取和优化，提高物理层检测算法的有效性，快速发现频谱空穴，提高CR用户对频谱的检测性能和效率，实现对主用户干扰最小情况下最大化次用户的频谱利用率。

另外，频谱感知的性能不仅仅依赖检测方法，而且还依赖于怎样调度感知行为。频谱感知调度的目的是为了帮助CR用户有效地检测到主用户信号并且识别出可用频谱机会，主要包括检测时间和感知信道的选择。近些年的研究中频谱感知调度都是基于周期感知帧结构的，在每一帧中包含一个检测时间块和一个数据发送时间块。检测时间是频谱感知算法中非常重要的参数，它的取值直接影响频谱空穴的检测概率以及主次用户间的碰撞概率。不同检测阶段检测时间优化具有不同的优化公式：在带外搜索新的空闲信道阶段，从最小化带外信道的平均搜索 时间来优化；在机会占用频谱的带内周期性频谱检测阶段，从最大化可获得的平均吞吐量进行优化。还可以从最大化信道利用率出发，采用数值最优化算法对检测时间进行最优化。在主用户受到充分保护情况下，可从使次用户的有效吞吐量最大角度优化检测时间，并且应用分布式频谱感知方法可以使性能进一步提升。更进一步，在多用户多信道环境下，次用户可以自主选择信道执行频谱感知，这需要研究新的感知信道分配方案使整个次用户网络的吞吐量最大化。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于在多用户多信道环境下提供一种感知信道优化选择的方法。该方法基于能量检测法，从最大化一个次用户感知一个主用户信道能获得的归一化吞吐量出发，在目标检测概率限制下，采用改进的匈牙利算法进行感知信道的最优选择。采用该方法在认知无线电多用户多信道场景下可以大大提高整个次用户网络的归一化吞吐量。

技术方案：本发明在认知无线电多用户多信道环境下提供一种感知信道优化选择的方法。基于能量检测法，该方法首先最大化一个次用户感知一个主用户信道能获得的归一化吞吐量，然后在目标检测概率限制下，采用改进的匈牙利算法进行感知信道的最优选择。该方法在认知无线电多用户多信道场景下可以大大提高整个次用户网络的归一化吞吐量。

该方法包括以下步骤：

a.次用户i对信道j进行检测，i＝1，2，…，K，K为次用户数，j＝1，2，…，N，N为信道数，计算次用户i可获得的归一化吞吐量其中T是检测周期，τ是检测时间，P_f为要求的虚警概率，P(H₀)表示信道j不存在主用户的概率；

b.当T为固定值是，寻找最优τ^*，使得R_ij(τ)最大，记为R_ij；