[发明专利]一种基于迭代筛选的多信道协作频谱感知方法

说明书

技术领域：

本发明属于认知无线网络技术领域，涉及一种基于迭代筛选的多信道协作频谱感知方法。

背景技术：

在过去的二十年里，随着无线通信技术的飞速发展，无线设备与服务大幅增加，从而导致可用频谱资源日益稀缺。然而在一些广播电视频段，频谱资源的利用率却十分低下。为了缓解这种频谱资源的相对匮乏与绝对浪费之间的矛盾、提高频谱资源利用率，Mitola博士在1999年提出了认知无线电（Cognitive Radio,CR）的概念。在认知无线电网络中，次级用户（Secondary Users,SUs）在不对主用户（Primary Users,PU）造成干扰的情况下，可以动态的伺机使用主用户的频谱资源进行通信，从而提高频谱利用率。在现有的认知无线电频谱接入方案中，主要研究的是Overlay模式的频谱使用方式，也就是说仅仅只有当信道空闲时，次级用户才可以使用该条信道；一旦主用户返回，次级用户必须立即退出该信道以免对主用户造成干扰。由此可以看出，认知无线电的一个核心内容就是动态实时的检测频谱资源是否空闲，称之为频谱感知。

在大部分情况下，受限于无线信道条件的影响，例如衰落、噪声、干扰以及隐藏终端等问题，单个次级用户的频谱感知性能（包括检测概率与虚报概率）并不能达到一个可以接受的范围。为了解决这一问题，可以让更多的次级用户同时对信道状态进行检测，然后综合处理这些次级用户的检测结果，称之为协作频谱感知。根据次级用户在发送感知结果之前是否先在本地做出信道状态的判决，可以将协作频谱感知分为两大类：软组合与硬组合。在软组合中，次级用户不对检测到的信道信息进行处理，而是直接将检测结果发送给其它次级用户；在硬组合中，次级用户首先做出关于信道状态的本地判决，然后将二值判决结果发送给其它次级用户。

目前的协作频谱感知方案大多都只是针对单信道频谱感知，为了以更大的概率发现可用频谱资源、提高频谱利用率，多信道协作频谱感知逐渐成为研究热点。在多信道协作频谱感知中要求更多的次级用户参与频谱感知，现存的大部分感知方案都假设一个完全的感知场景，也就是所有的次级用户都参与到协作感知中。然而，感知用户数的增加将导致更多的额外开销，例如时间、能量等，从而降低网络吞吐量和使用寿命。特别是当一些检测性能差的或者恶意用户参与到协作感知中时，系统的检测性能将会受到较大影响。

发明内容：

本发明的目的是为了克服在多信道协作频谱感知中，参与感知的用户数过多和认知网络的频谱检测性能较差的问题；提出一种基于迭代筛选的多信道协作频谱感知方法，该方法可以在一个宽松的条件下有效的减小参与协作感知的用户数，剔除恶意干扰用户，同时提高系统的频谱感知性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种认知无线网络中基于迭代筛选的多信道协作频谱感知方法，其特征在于，包括以下操作：

1）在认知无线网络中N个次级用户，K个授权信道，以及一个公共控制信道；只有当信道空闲的时候才允许次级用户利用主用户信道进行数据传输，而一旦主用户返回，次级用户必须立即无条件的退让出所占用的信道；将系统时间化分成一系列的时间片，每个时间片为一个超帧，每个超帧由N1个帧组成，每帧为一个迭代周期；

2）在每一帧中，参与频谱感知的次级用户首先获得自己的二值感知结果，然后通过协作感知接受其他次级用户的二值感知结果，通过比较判决自己是否继续参与下一帧的频谱感知，感知性能差的次级用户将会被优先剔除，不再参与下一帧的协作频谱感知；有数据发送需求的次级用户在公共控制信道上竞争可用信道，竞争获胜的次级用户开始数据传输；在每帧结束时，每个参与感知的次级用户使用一个具有两个时隙的遗忘函数更新本地感知数据库；

3）按照步骤2）的操作，上帧运行完成后进行下一帧的运行。

所有次级用户之间严格时间同步，将时间划分成固定长度的超帧；每帧划分为四个时隙，依次为本地感知时隙、协作时隙、竞争时隙和数据传送时隙；其中本地感知时隙又划分为L_i个子时隙，在每个子时隙内，次级用户从K条信道中选择一条信道进行频谱感知。

在本地感知时隙，每个次级用户选择L_i条信道进行频谱感知，并根据能量检测方法做出关于信道状态的二值判决（1、-1），其中1表示信道空闲，-1表示信道被占用；