[发明专利]一种用于认知无线电系统的协作频谱感知方法

说明书

技术领域

本发明属于认知无线电系统领域，具体来说，涉及一种用于认知无线电系统的协作频谱感知方法。

背景技术

近年来，随着无线业务的高速增长，频谱资源日益短缺；而目前的频谱资源是授权固定分配。近年来频谱占用测量数据表明大量已分配频谱在时间和空间上的平均利用率比较低。

为了解决频谱资源分配不合理的问题，基于动态频谱接入的认知无线电技术被提了出来。它通过感知频谱空洞为次用户提供接入授权频段的机会，同时避免次用户对授权用户造成干扰。检测感兴趣的频段是否处于空闲状态是认知无线电的首要工作，因此频谱感知技术是实现认知无线电系统的基础和前提。

传统的单节点频谱感知技术有能量检测、循环特征检测和匹配滤波器检测等，其中能量检测是非相干检测，对相位同步要求不高，具有计算复杂度低，检测时间短，实现简单等优点。因此单节点感知常常使用能量检测，但是其性能受信道状态的影响较大，此外单节点检测的检测性能常常被多径衰落、阴影效应等问题制约。多节点协作频谱感知可以通过空间分集来有效提高检测性能，即利用多个认知设备的频谱感知结果，做出最终的判决。尽管协作感知能够拥有协作增益，如频谱检测性能的提高以及对感知需求的降低，但它同时会造成额外的开销，如额外的感知时间、时延、能量损耗以及由协同感知引起的其他形式的性能下降。

具体而言，在协作频谱感知方面，现有的技术需要解决问题主要如下：

（1）在传统的协作频谱感知中，若所有的感知节点在本地各自进行感知，并将感知结果上报给中央控制节点来做出最终频谱资源判决，则需要消耗额外的开销，如感知节点上报时间开销，额外的能量开销等。

（2）由于某些无线信道情况较差的用户存在，导致最终的感知结果出现错误。因此，并不是参与协作的用户越多系统的感知性能越好。

鉴于上述传统的频谱感知中存在的问题，需要一种能够减少能量消耗与额外时间开销的协作频谱感知技术。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于认知无线电系统的协作频谱感知方法，该协作频谱感知方法相比于单节点感知有着更高的检测概率，相比于传统的协作频谱感知需要较少的额外时间、带宽与能量消耗等开销。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于认知无线电系统的协作频谱感知方法，该频谱感知方法包括以下步骤：

步骤10）建立一个含有N个感知节点的认知网络，N个感知节点每隔一时间周期向融合中心汇报其接收到的授权用户信号的信噪比；

步骤20）融合中心对各感知节点接收到授权用户信号的信噪比进行比较，并将信噪比最大的感知节点作为第一感知节点，融合中心控制第一感知节点进行频谱感知，第一感知节点将频谱感知结果传送给融合中心；

步骤30）融合中心接收第一感知节点的频谱感知结果，若频谱感知结果为授权频段上授权用户正在工作，则该频谱感知结果为最终的判决结果；否则进入步骤40）；

步骤40）融合中心通过公共信道通知除第一感知节点以外的K个信噪比较大的感知节点进行频谱感知，K个感知节点将各自的频谱感知结果上报给融合中心；其中，K为整数，且1≤K<N-1；

步骤50）利用判断准则，融合中心对K个感知节点上报的频谱感知结果进行分析，并作出最终的判决结果。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的方法利用接收信噪比最高的感知节点进行频谱感知，使得判决结果具有较高的可靠性。此外，为减小对授权用户的干扰，在单节点感知结果为授权用户不存在时，再次让其他节点协作感知频谱，做出最终的判决。相比于传统的协作频谱感知，需要的平均额外感知时间、带宽与能量消耗等开销减少，且平均比特开销也减少。同时相比于单节点感知，本发明具有更高的检测概率，可以更好的保护授权用户的利益。这是由于本发明首先选择信噪比最大的用户进行频谱感知，仅当其感知结果为授权用户没有工作时，才需再次利用其他感知节点来协作感知，因此需要更少的开销。相对于单节点感知，有其他感知节点参与协作感知，因而有着较高的检测概率。

附图说明

图1是本发明步骤10）构建的认知网络的结构图。

图2是本发明的流程框图。

图3是在各感知节点信噪比相差较大情况下，本发明的方法与传统方法的性能曲线比较图。

图4是在各感知节点信噪比相差较大情况下，本发明的方法与传统方法的检测概率曲线比较图。