[发明专利]基于集成学习的全双工认知无线电网络合作频谱感知方法

说明书

本发明公开了一种基于集成学习的全双工认知无线电网络合作频谱感知方法，其特征是，包括如下步骤：步骤1：根据次用户的泊松点过程的分布，随机产生区域内各次用户的位置；步骤2：根据全双工认知无线电网络中合作频谱感知的工作特点，构建系统架构；步骤3：基于全双工模式下出现的自干扰和多信号源问题，建立与网络模型相适配的次用户能量检测模型；步骤4：分析训练集中能量级向量的统计属性；步骤5：选择单层决策树为弱分类器，通过计算每个训练数据权值系数和每个弱分类器系数建立强分类器。本发明所达到的有益效果：提升了系统的合作频谱感知性能，也增加了无线频谱资源的利用率，提高了认知无线电网络的吞吐量。

技术领域

本发明涉及一种基于集成学习的全双工认知无线电网络合作频谱感知方法，属于无线电网络技术领域。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展和无线通信系统的广泛应用，频谱需求与资源匮乏之间的矛盾已成为制约移动互联网、物联网、D2D通信、M2M通信等新兴无线通信业态发展的瓶颈之一。无线通信业务的发展越来越趋向多元化，用户对通信的要求也越来越高，导致频谱资源匿乏的问题日趋严重。面对如此严峻的挑战，无非有两种现有的应对措施，一方面，业界将目光瞄准毫米波、可见光频段，试图寻找更多的无线频谱资源，但受传播特性限制，高频段无线电波很难满足宽覆盖要求；另一方面，致力于提高对现有无线频谱资源的利用率。

认知无线电技术(Cognitive Radio,CR)作为能有效缓解频谱资源紧张现状的重要技术，成为近年来学术界和工业界共同的研究热点。例如由电气和电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE)制定的称之为“WRAN”的802.22协议、美国国防高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA)提出的NeXt Generation项目以及微软和谷歌共同承接的White Space Coalition(WSC)项目。而合作频谱感知(Cooperative Spectrum Sensing,CSS)作为认知无线电中最核心的技术之一，通过次用户之间的协作实现对授权频谱的感知，能有效提高频谱利用率。全双工(Full-Duplex,FD)通信的引入使得认知无线电网络中的各次用户在相同区域实现同时同频的频谱感知和数据传输，在利用主用户授权频段发送数据的同时也能感知主用户的活跃状态，以便当主用户重新占用信道时次用户及时退出主用户的工作信道，大大降低了对主用户造成的干扰，理论上可成倍提高频谱利用率。

合作频谱感知性能很大程度上决定了整个次级网络的吞吐量和频谱资源的利用率。一方面，合作频谱感知的性能反应了次用户发现空闲频谱的能力，性能越高，则其接入空闲频谱的机会就越大；另一方面，合作频谱感知的性能反应了次用户对主用户的保护能力，感知性能越好说明其能很好的解决多径衰落和隐终端问题，从而能够避免造成对主用户的干扰。合作频谱感知可以以集中式或者分布式的合作方式来实现。在集中式实现方式中，认知无线电网络中的融合中心或者基站负责搜集来自所有次用户的感知数据，进而执行合作频谱感知过程；而在分布式实现方式中，次用户之间需要进行信息交互来完成频谱感知。

现有的频谱感知技术可分为三类：主用户发射机检测，主用户接收机检测以及干扰温度检测。由于主用户接收机检测和干扰温度检测的实现复杂度较高，所以到目前为止大多数与频谱感知相关的研究工作集中在对主用户发射机进行检测上。现有的基于主用户发射机检测的频谱感知技术主要包括基于能量检测的感知，基于波形的感知，基于循环平稳的感知，基于无线信号标识的感知，基于匹配滤波的感知等等。其中，基于能量检测的频谱感知算法不需要预先知道主用户信号的特征(如信号调制方式、导引信号等)，而且计算复杂度很低，易于实现，因此吸引了大量研究者的目光，成为目前相关研究成果最多的频谱感知技术。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于集成学习的全双工认知无线电网络合作频谱感知方法，提升了系统的合作频谱感知性能，也增加了无线频谱资源的利用率，提高了认知无线电网络的吞吐量。