[发明专利]基于多用户互协作的协作频谱感知决策融合方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及认知无线电中协作频谱感知方法，可广泛应用于各类新一代无线通信系统。

背景技术

无线电频谱是由各种无线业务所共享的一种有限物理资源，现有频谱授权机制为保证优质的服务和避免干扰提供了一种有效的方式，但该机制却导致无线电频谱资源利用率非常低下。随着当前无线通信服务需求量的大幅增加，对于无线电频谱资源的需求也将会进一步增加，人们不得不关注未来无线频谱资源的短缺问题；另一方面，有关无线电频谱的调查报告却表明，目前大部分已授权频谱并未获得充分的利用。面对频谱分配饱和与频谱使用不足的冲突与矛盾，无线频谱感知技术应运而生，它允许感知用户可以机会式地利用已授权的频段，从而提高频谱利用率。

频谱感知最重要的功能是感知无线电环境，以发现当前可利用的频谱资源，从而加以有效利用。频谱感知分为单节点感知和协作多点频谱感知两类，单节点感知只有单个用户参与感知过程，判断是否有频谱空洞，流程相对较简单，但其抗干扰性和检测可靠性并不高。协作多点频谱感知则利用多个用户间的信息交互与协作机制，不仅仅能降低各认知用户的检测灵敏度需求，还能有效解决“隐蔽终端”问题以及噪声不确定性等问题。协作频谱感知又包括两个阶段：本地感知阶段和信息汇报阶段，本地感知阶段与单节点感知过程相同；而信息汇报阶段则是感知用户将有效的检测信息按一定方式发送给信息融合中心，融合中心通过设定判决准则来判断授权用户是否存在。与单节点感知相比，协作频谱感知能够在不对授权用户造成干扰的条件下，有效地提高整体频谱的利用效率。

然而，协作频谱感知技术在实际应用中尚存在很大的挑战性。在本地感知阶段，影响感知性能的主要因素是感知信道环境，以及感知用户的位置和平均功率，例如，若感知用户位置多变，会导致每个用户感知性能差异较大，有些性能差的感知用户参与协作反而不利于提高检测性能；信息融合阶段又可以分为决策融合和数据融合两种方式，融合方式将直接影响到协作增益和系统开销，其中数据融合对带宽的需求较大，而决策融合的协作增益又有限。因此，如何在协作性能和系统开销之间寻找合理的折中是需要解决的重点问题；而且，选择合适的融合方式和恰当的判决准则，都关系到感知系统的可靠性。此外，频谱感知的主要目的是获得较高的检测概率，而检测概率与感知用户的数量、各用户门限值的大小及其位置分布情况等因素密切相关。因此，如何选取适宜的协作感知参数以获得最佳的检测性能，也是目前协作感知技术面临的一项难点。

面对上述这些挑战，目前已提出了众多协作频谱感知方案，这些方案主要从信息融合方式与准则方面进行考虑，如K秩准则、加权决策融合、及线性数据融合方式等。还有学者在传统的K秩准则基础上又提出了一种新的加权决策融合方式，使融合中心接收到的信息不再是单纯的本地感知结果，而是和本地感知性能的参数相关联，此类感知加权方式能够在低信噪比信道条件下获得较好的检测概率；此外，还有学者从优化的角度出发来寻找最佳加权系数，从而为每个感知用户检测量分配合适的权值，使全局检测概率最大化。但是，这些检测算法仅仅考虑到如何提高信息汇报阶段的性能，没有充分考虑本地感知对整个感知系统的影响，导致融合中心处的检测量准确性降低，感知系统在低信噪比下的检测性能下降。

发明内容

本发明的目的在于针对现有无线通信系统协作频谱感知方法的不足，提出一种基于互协作机制的信息决策融合方法，以充分利用多用户本地感知性能之间的差异性，有效提高协作频谱感知在低信噪比下衰落信道条件下的检测性能。

实现本发明目的的基本方案是：首先，感知用户在进行本地感知后，将各自的判决结果相互交换共享以提高自身判决结果的可靠性；其次，融合中心基于似然比检测计算获取接收到多用户信息的检测数据，通过设定判决门限来进行最终的判决，其具体实现步骤如下：

（1）授权用户发送的基带离散信号s(n)经感知信道传输后到达感知节点处，到达Q个参与协作感知的用户处，则第k个感知用户接收到的时域信号为y_k(n)，其中，k∈{1,2,...,Q}，n指示采样位置；

（2）利用能量检测计算每个感知用户的检测量T_k：