[发明专利]基于QoS需求和置信度的认知无线电多信道频谱感知机制

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种认知无线电网络中的多信道频谱感知机制。具体地说，多信道频谱感知是认知无线电的一种关键技术，认知用户在搜寻频谱空洞的过程中需要对一定范围的宽频带动态地进行感知，而不仅仅针对某一固定频段。本发明结合单信道协同频谱感知、多信道频谱感知及数据融合技术，综合考虑认知用户的服务质量(Quality of Service，QoS)需求与频谱感知的能力，在保证可行性的前提下，提高认知无线电多信道频谱感知的可靠性与公平性。

背景技术

认知无线电(Cognitive Radio，CR)的概念起源于1999年瑞典皇家理工学院Joseph Mitola博士的奠基性工作，为解决频谱利用率低的问题提供了一种可靠的解决思路。其核心思想是认知用户即次用户(Secondary User，SU)在宽频带上可靠地感知频谱环境，探测授权用户即主用户(PrimaryUser，PU)的出现，能自适应地接入即时可用的频谱。其关键技术包括频谱感知、动态频谱分配和功率控制。

在频谱感知问题中，为解决“隐藏终端”、电磁环境恶劣等引起的单个认知用户检测性能不稳定问题，需要多个认知用户进行协同频谱检测。协同频谱检测的思想是认知用户不断探测周围的环境，利用本地检测算法得出检测结果并送往中心节点，由中心节点依据适当的融合算法判断主用户信号是否存在。目前，本地检测方法有能量检测、匹配滤波检测、循环频谱特征检测等，其中能量检测因其不需要主用户的先验信息且实现简单而被广泛采用。

协同频谱检测的融合算法通常包括与融合、或融合、多数融合等。一定范围内的认知用户向中心节点发送本地检测结果，中心节点根据上述几种方法判定主用户是否存在。其中，与融合算法可降低虚警概率，但对本地检测结果的检测概率要求过高；或融合算法则会带来较高的虚警概率，降低频谱利用率；多数融合可看作是前两种方法的折衷，但其不确定性太高；因而，上述方法都不是最可行的协同频谱检测方法。

在实际应用中，一方面，目前IEEE 802.22主要将认知无线电用于超高频(Very High Frequency，VHF)与甚高频(Ultra High Frequency，UHF)的广播电视频段，集中于30～300MHz和300MHz～3GHz。随着载波频率的增大，认知用户不得不感知更宽的频段；另一方面，实际应用中空闲频谱分布的疏密程度不同，空闲频谱分布较为分散时，认知用户需要在较宽的频段范围内感知，以便发现足够多的空闲频谱供不同的认知用户接入。将待感知的宽带共享频段划分为等间隔、不重叠的多个子信道，在单信道联合频谱感知基础上，由认知用户完成多信道频谱感知，具有重要的研究价值。

在多信道频谱感知问题中，现主要有两种解决思路：一是采用逐信道扫描的方法(例如对广播频段进行调谐搜索)；二是针对部分的观测结果通过合理的推理步骤来实现知识的综合。第一种思路会产生明显的感知时延，很难满足频率共享动态性和实时性的要求。第二种思路是一种合适的解决方法，目前主要从认知用户对感知信道的选择和由部分感知信息向整体信息的合理推导两方面进行研究。

针对认知用户对感知信道的选择，可以分为两步：

首先，确定不同认知用户需要感知信道的数目。影响此数目的因素很多，如认知用户终端硬件条件的限制、认知用户自身的感知性能、认知用户的业务带宽需求、网络单元内认知用户分布等。

其次，在上一步的数量限制下选择待感知的信道。同样，选择的依据也有多种，如随机选择、认知用户硬件限制、网络单元内认知用户分布等。另外，还需尽量保证每个信道同时被多个认知用户感知，以提高感知结果的准确度。

本发明从多信道频谱感知中认知用户与感知信道的关联出发，充分考虑认知用户QoS需求与自身感知能力优劣，提出一种兼顾可靠性与公平性的认知无线电多信道频谱感知机制。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于QoS需求和置信度的认知无线电多信道频谱感知机制，用于在认知无线电系统中判断宽频带范围上主用户信号是否存在。本发明从认知用户对感知信道的选择出发，由中心节点根据不同认知用户的QoS需求以及认知用户自身的感知能力(即不同认知用户频谱感知的置信度)确定认知用户需要感知信道的数目以及具体感知的信道，并进一步利用认知用户的置信度对感知结果进行融合，充分考虑多信道频谱感知的公平性与可靠性，对宽频带范围内主用户信号是否存在做出合理判决。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于QoS需求和置信度的认知无线电多信道频谱感知机制，其特征在于，包括以下步骤：