[发明专利]一种频谱监管系统

说明书

技术领域

本发明一般地涉无线通信技术，并且更特别地，涉及一种频谱监管系统。

背景技术

无线传感器网络是通过在监测范围内部署大量静止或者移动的传感器节点，以多跳、自组织方式对覆盖区域内的对象信息进行实时、协作地感知、采集、处理，并传输至目标用户的一种无线通信网络。面向电磁频谱监测的无线传感器网络是传感网的一种典型应用，在军事领域和民用方面都具有广阔的应用前景。

通常情况下无需授权的工业、科学、医疗免费频段是无线传感网首选的工作频段，比如2.4GHz。在通常无线电频率划分中，有限的公用频段需要同时支持固定、移动、无线电定位等授权主业务。与此同时，随着各种、蓝牙、等无线通信技术的广泛应用，该类公用频段日趋饱和，各类无线通信系统之间的干扰和共存问题日趋严重。有研究表明，在网络的影响下，同时工作的网络的中断率和重传率明显上升，网络的生存周期也明显下降。由此可见，公用频段的各式无线通信系统间的干扰和共存问题已成为制约无线传感器网络未来发展的瓶颈。

另一方面，传统无线传感网节点工作频段与其射频芯片规格紧密相关。出于成本考虑，传感器节点在出厂后芯片规格就已固定，一般不能随意更改。因此，传统无线传感网所用频段也是固定分配，若因应用要求需要改变工作频段，就需大范围更换传感器节点。此外，在一些频谱资源十分紧张的特殊通信环境如战场电磁环境下，传统传感器网络更容易受到针对性干扰而导致网络瘫痪。

美国伯克利无线研究中心的研究报告表明，与非授权频段频谱资源愈加紧张的情形相反，一些授权频段，特别是传播特性优良的低频频段并未得到充分利用。为此人们开始研究认知无线电技术，以突破传统静态频谱分配的限制，实现授权频谱的动态共享以提高频谱利用效率。在此基础上，传感器网络研究学者提出引入认知无线电技术，建立适合无线传感网的动态频谱管理机制，实现传感器节点动态共享和有序竞争访问频谱资源，增强传统无线传感网对频谱变化的适应能力，业已成为无线传感网今后发展的关键方向之一。

频谱感知是区分传统无线传感器网络和无线认证传感网络的主要功能之一，也是频谱监管系统的核心。目前比较成熟的感知技术多为单节点感知技术，例如匹配滤波器感知技术、能量检测感知技术、干扰温度检测感知技术和循环平稳特征感知技术。然而在针对认知传感器不断变化的网络拓扑时，这些技术不能简单直接应用在能力有限的传感器上。本领域技术人员需要发展多节点共同检测感知技术，尤其是如何在感知精度、计算复杂度和各节点通信开销之间寻求平衡，是本领域技术人员面临的难题。

发明内容

为了解决现有技术感觉精度不够、计算复杂度高且各个节点通信开销大的问题，本发明的目的是提供一种频谱监管系统，其特征在于，包括：

多个电磁频谱信息传感器，其用于采集电磁频谱信息、向无线网络发射所采集的电磁频谱信息，以及接收无线网络中电磁频谱信息并存储电磁频谱信息；

一个或多个节点机，其用于采集、处理并储存相邻电磁频谱信息传感器通过无线网络发射出的电磁频谱信息，以及向无线网络发射所存储的电磁频谱信息；

数据服务器，其用于采集、处理并储存节点机通过无线网络发射出的电磁频谱信息，生成各个频段的历史检测概率分布信息，以及向节点机发射所存储的电磁频谱信息和各个频段的历史检测概率分布信息；

信息管理终端，其用于调阅数据服务器中存储的电磁频谱信息；

所述电磁频谱信息传感器之间通过混合协作的方式感受、采集和处理无线网络覆盖区域中的频谱，电磁频谱信息传感器被设定有两个判断门限ξ₁和ξ₂，当检测到的频段信号的能量小于ξ₁时，电磁频谱信息传感器判断该频段不存在主用户信号，当检测到的频段信号的能量大于ξ₂时，电磁频谱信息传感器判断该频段存在主用户信号，当检测到的频段信号的能量在ξ₁和ξ₂之间时，电磁频谱信息传感器将该频段信号的能量信息发送给附近的节点机，由节点机综合其他电磁频谱信息传感器所收集到的频段信号的能量信息综合判断；

其中，

N为频谱信息取样数，

Q^-1为函数的反函数，

P_fa为虚警概率，

σ_n为实际噪声功率，

δ_n为虚拟噪声功率，

P_S为所测频段的历史检测概率分布,