[发明专利]一种动态双门限协作频谱感知方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种协作频谱感知方法，尤其涉及一种动态双门限协作频谱感知方法，属于认知无线电领域。 

背景技术

20世纪70年代以来，随着半导体、微电子和计算机技术的发展，移动通信技术得到了迅猛的发展和应用。进入21世纪，无线通信的重点已向无线因特网、多媒体通信等需要较宽频谱和较高下载速率的服务转移。从移动电话到无线Internet，人们期望随时随地都可以获得可靠的宽带网络连接。然而，由于移动终端天线尺寸和功率等条件的限制，可以用于实际应用的频段十分有限。频谱资源已经成为一种稀缺资源，变得越来越紧张。 

为了缓解频谱资源紧张的问题，提高频谱利用效率，一些学者提出了认知无线电（CR，Cognitive Radio）的概念。其实质在于允许那些具有认知能力的无线通信设备采用机会式的方法占用已授权的频谱，并且非授权用户（即这些认知设备）的接入不能对授权用户通信造成干扰。这种可以被利用的频段资源（时域、空域、频域）被称作“频谱空洞”。整个认知过程包括频谱感知、频谱管理和频谱共享三大关键技术。 

频谱感知技术是认知无线电的一个关键组成部分。认知无线电通过对频谱进行不断检测来发现频谱空穴，并利用频谱空穴进行通信。当频谱感知技术不能有效检测授权频段内的合法用户信号时，使用认知无线电功能的无线设备必然会对工作在同一频段的其他设备造成干扰,因此准确、可靠、连续的频谱感知技术是认知无线电的基础，是实现频谱管理、频谱共享等认知无线电应用的前提。 

频谱感知分为单用户感知和协作频谱感知。单用户感知技术研究相对较早，主要有匹配滤波检测、能量检测和循环平稳特征检测，其中能量检测因复杂度低和实现简单而广泛应用。单用户感知的性能容易受到无线信道中阴影衰落影响。协作频谱感知可以避免简单本地频谱感知的不确定性，降低了多径衰落、隐藏节点和阴影效应的影响。协作感知的过程大致可以分为本地感知、感知信息传递和感知数据融合三个阶段。在现有的研究中，大部分选用能量检测算法作为本地判决的标准。能量检测算法的门限选取方法主要有单门限和双门限两种。单门限能 量检测算法对噪声等干扰比较敏感，双门限能量检测算法虽能降低认知用户与主用户间的碰撞概率，但是空闲频谱未得到充分应用，频谱使用效率还有提升空间。目前频谱感知中常用的数据融合准则有：“与”融合准则、“或”融合准则、“K秩”融合准则、最大后验概率融合准则、贝叶斯融合准则。 

传统的双门限方法一般将门限之间的认知用户舍弃，不利于提高检测概率。因此有必要用某种方法将门限之间的认知用户也利用起来。D-S证据理论是处理不确定信息的方法之一。Zhi Quan等人提出将D-S证据理论应用到双门限频谱感知中，得到了较好的频谱感知效果。但是，这种方法的双门限是固定的，没有考虑到在实际的无线网络中，由于认知用户的位置是随机分布的，信号传输经历的无线信道衰落和阴影影响不同，各认知用户的接收信噪比也不一样。当信噪比过低时，认知用户直接作出判决的差错概率较大，应适当调整双门限。不过，门限调整的次数不宜太多，否则将影响频谱感知的实时性。 

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种动态双门限协作频谱感知方法，以解决在信噪比过低的情况下，认知用户利用传统的固定双门限的方法作出判决的差错概率大的问题。本方法的双门限调整算法是根据信道状态动态地调整双门限，在低信噪比情况下也能得到高检测概率，从而提高了频谱感知的整体性能。 

技术方案：本发明的动态双门限协作频谱感知方法，包括如下步骤： 

1）在本地感知时，各认知用户利用能量检测算法得出能量检测值Yi； 

2）利用双门限调整算法算出双门限η₀和η₁，将所述步骤1）中计算得到的能量检测值Y_i与双门限η₀和η₁比较，若Y_i＞η₁，则发送D_i＝1到融合中心，进入步骤4）；若Y_i＜η₀，则发送D_i＝0到融合中心，进入步骤4）；若η₀≤Y_i≤η₁，则进入步骤3）； 

3）根据D-S证据理论提取Y_i的信任度信息m_i(H₀)、m_i(H₁)和m_i(Ω)，发送到融合中心，进入步骤4）；