[发明专利]面向大数据传输的频谱感知终端设备

说明书

技术领域

本发明涉及物联网技术，具体涉及一种面向大数据传输的频谱感知终端。

背景技术

随着新型无线通信系统和终端飞速增长，现有的频谱资源难以满足它们高速率、高可靠通信的需求。另一方面，已经分配的授权频带没有得到充分利用。在此背景下，认知无线电技术被提出，它允许非授权用户共享授权用户的频带，从而提高了频谱利用率。认知无线电频谱共享主要有覆盖和衬垫两种模式。在覆盖式频谱共享模式中，非授权用户先进行频谱感知寻找空闲的授权频带。找到空闲的授权频带后，非授权用户接入它传送数据，直到该授权用户要使用自己的频带。衡量频谱感知性能的指标有检测概率、虚警概率、感知时间、感知能耗等。目前国内外研究人员开发了很多不同的频谱感知终端，主要目的是快速找到空闲的授权频段，提高检测概率，降低虚警概率。

在物联网中，大量终端产生的数据呈几何级数增长，很难用传统的数据分析方法处理。这些大规模的数据被称为大数据，有结构化的、半结构化的和非结构化的三种类型，具有大量、多样、高速、有价值四个典型特征。大数据传输需要非常多的频谱资源支持，剩余的非授权频带难以满足需求，必须通过频谱感知寻找空闲的授权频带。现有的频谱感知终端没有考虑大数据的多样性和产生速度，不能为大数据传输及时提供足够的差异化频谱资源。

发明内容

针对现有的频谱感知终端不适用于大数据传输的情形，本发明提出一种面向大数据传输的频谱感知终端设备，根据大数据的多样性和产生速度及时找到足够的差异化频谱资源。

本发明技术方案如下：

面向大数据传输的频谱感知终端设备，包括顺序连接的大数据分析模块、感知采样模块和能量检测模块，大数据分析模块和大数据采集终端相连，根据大数据采集终端提供的大数据类型和大数据产生速度分析传送这些大数据需要感知的频带范围和所需的采样频率，感知采样模块将频带范围内采集的样本送入能量检测模块，能量检测模块利用能量检测法判决得到频谱感知结果。

上述频谱感知终端设备的频谱感知方法，是：

(1)设有K种大数据，第k种大数据用s_k(n)表示，其中n表示离散时刻；第k种大数据的产生速度记为r_k(bits/s)，不考虑大数据传输终端的缓存能力，那么第k种大数据的传输速率至少要达到r_k(bits/s)；

(2)设大数据传输的频谱效率为η(bit/s/Hz)，那么传送第k种大数据所需的带宽为r_k/η(Hz)，对应要感知的频带范围是其中f_k,L和f_k,H分别是低频点和高频点，f_k,H-f_k,L＝r_k/η；

(3)对第k种大数据，感知采样模块在要感知的频带范围内采样，根据抽样定理，采样频率必须满足h_k≥2r_k/η(Hz)；第k种大数据对应的授权用户信号记为x_k(n)；

(4)设要满足给定的检测概率p_d和虚警概率p_f必须采集M个样本；

(5)另外为了及时找到频带供大数据传输，感知时间不能超过T(s)，那么采样频率必须满足h_k≥M/T(Hz)；如果2r_k/η≤M/T，那么取h_k＝M/T；如果2r_k/η>M/T，那么取h_k＝2r_k/η；

(6)最后，感知采样模块将M个样本送入能量检测模块，能量检测模块利用能量检测法判决得到频谱感知结果，判决准则是如果那么该频带是空闲的可供大数据传输使用；如果那么该频带正被授权用户使用不能供大数据传输使用，其中λ是根据检测概率和虚警概率确定的判决阈值。能量检测可以换成其它的算法，因此频谱感知终端的能量检测模块可以换成其它的如循环谱特征检测模块、匹配滤波模块。大数据分析模块中还可以写入用户感兴趣的数据类型，当大数据采集终端采集的大数据是用户感兴趣的数据时，开始频谱感知。

本发明的有益效果为：本频谱感知终端可用于大数据传输，具有频谱感知差异化、可适应大数据的产生速度调节感知频段和采样频率等优点。

附图说明

图1为面向大数据传输的频谱感知终端设备的结构示意图。

具体实施方式