[发明专利]基于多进程D-S证据理论的合作频谱感知方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于多进程D-S证据理论的合作频谱感知方法。

背景技术

随着无线应用的广泛使用，无线频谱资源变得越来越稀缺，然而，来自美国联邦通信委员会的数据显示，授权频谱的利用率仅有15%～85%，很明显，频谱没有得到有效地利用。为了解决这个问题，认知无线电（Cognitive Radio,CR）应运而生。CR允许非授权用户（也叫认知用户）在不影响授权用户（也叫主用户）使用特定频谱的前提下，可以感知并使用这段频谱。因此，当主用户再次使用这段频谱时，认知用户必须能及时发现并退出该频谱段。

频谱感知技术中，能量检测方法不需要主用户的先验信息且较易实现，因此其应用相对较广泛。经过大量研究发现，能量检测方法中采用双门限检测更能提高检测的准确性。为了提高频谱感知的性能，合作频谱感知被提出。早期的合作频谱感知中，“与”准则，“或”准则和“K-秩”准则常被用作融合中心的判决方式。然而，依据这些准则的判决都属于硬判决，无法满足网络对感知性能的要求。由此提出了软融合算法，通过收集到的认知用户的感知信息进行融合判决。D-S（Dempster-Shafer）证据理论就是一种典型的软融合算法，很多频谱感知算法的研究中利用D-S证据理论进行融合。2006年有研究团队提出一种基于D-S证据理论的分布式频谱感知算法，该算法考虑本地频谱感知的可信度，并且对主用户到认知用户之间的信道条件进行了量化。2008年郑学强研究团队提出的基于D-S证据理论的合作频谱感知算法根据自相关函数计算本地感知结果的可信度和不可信度。2011年，Nhan在他的文章中提出一种本地感知结果为多个比特的基于证据理论的合作频谱感知算法，该算法根据假设分布的特性运用了Lloyd-Max量化方法来解决频谱感知问题。

但是，以上的合作频谱感知算法都没有考虑到频谱的动态变化对融合结果的影响。在实际的频谱感知过程中，频谱状态是极有可能发生变化的，这就会导致传输到融合中的数据很有可能是过时的，最终导致融合中心对频谱状态判决错误，错误的判决会导致两种结果：一种是频谱状态由空闲变为忙碌状态（也就是说主用户信号由不存在变为存在）而融合中心根据过时的感知数据判决为主用户信号不存在，认知用户去使用这段频谱的时候就会对主用户信号造成严重干扰；另一种是频谱状态由忙碌变为空闲状态（也就是说主用户信号由存在变为不存在）而融合中心根据过时的感知数据判决为主用户信号存在，然后认知用户就会避免使用这段频谱，而实际上这段频谱现在是空闲状态，这种情况下又造成频谱利用率降低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于多进程D-S证据理论的合作频谱感知方法，除去过时感知信息对融合中心正确判断频谱状态的影响，保证判断结果的正确性,同时缩短判断时间，提高频谱利用效率。

为实现上述发明目的，本发明基于多进程D-S证据理论的合作频谱感知方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）、生成多进程D-S证据理论频谱感知的帧结构：将第(i-1)个认知用户SU_i-1的感知结果作为报告与第i,i＝1,2,…N个认知用户SU_i的感知组成新的频谱感知字段，新频谱感知字段的数据传输周期不变，每个认知用户的感知和报告的周期相同均为T，则N个认知用户完成感知和报告的周期为(N+1)T，新频谱感知字段和数据接收、传输字段构成多进程D-S证据理论频谱感知的帧结构；

（2）、认知用户根据D-S证据理论计算不确定信息的信度函数：

（2.1）、计算第i个认知用户接受到的能量表达式为：

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