[发明专利]主用户多电平环境下的认知无线电系统联合频谱感知方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在主用户多电平环境下基于多数人投票原则的认知无线电系统联合频谱感知方法，涉及多个次用户（Secondary User）在联合频谱感知时对主用户（Primary User）状态检测结果进行决策融合时的方案。

背景技术

众所周知，无线电通信频谱是一种宝贵的自然资源，一般采用的是基于频谱授权的静态频带分配的原则，即由政府授权使用。由于通信行业的迅速发展，无线局域网(WLAN)、无线个人域网络(WPAN)等技术的出现，无线通信的需求不断增长，频谱资源贫乏的问题日益严重；另外一方面，一些通信业务(如电视广播业务等)需要通信网络提供一定的保护，使他们免受其他通信业务的干扰，频率管理部门专门分配了特定的授权频段，但是相当数量的授权频谱资源的利用率却非常低。于是就出现了这样的事实：某些部分的频谱资源相对较少但其实承载的业务量很大，而另外一些已授权的频谱资源利用率却很低。因此，可以得出这样的结论：目前的频谱资源分配方法已经不能适应日益增长的无线需求，需要一种更合理高利用率的频谱分配方法。Joseph Mitola在软件无线电的基础上提出了认知无线电的概念，为这个问题提供了解决方法。

认知无线电的基本出发点就是：为了提高频谱利用率，在已授权频段没被使用或只有很少的通信业务在活动的情况下，具有认知功能的无线通信设备可以按照某种“伺机(Opportunistic Way)”的方式工作在已授权的频段内。这种在空域、时域和频域中出现的可以被利用的频谱资源被称为“频谱空洞”。认知无线电的核心思想就是使无线通信设备具有发现“频谱空洞”并合理利用的能力。当非授权通信用户通过“借用”的方式使用已授权的频谱资源时，必须保证他的通信不会影响到其他已授权用户的通信。要做到这一点，非授权用户必须按照一定的规则来使用所发现的“频谱空洞”。在认知无线电中，这样的规则是以某种机器可理解的形式(如XML语言)加载到通信终端上。由于这些规则可以随时根据频谱的利用情况、通信业务的负荷与分布等进行不断的调整，因此通过这些规则，频谱管理者就能以更灵活的方式来管理宝贵的频谱资源。

认知无线电是一个智能无线通信系统，该系统能够识别外界通信环境，用建筑理解的方法来学习外界环境，并且通过实时调整特定工作参数（如发射功率，载波频率和调制方法），将系统的射频接发系统自适应地调整到某个统计状态，以达到下列两个主要目标：1.任何时间、地点通信的高可靠性；2.频谱的高效利用。

在认知无线电中，为了合理有效地利用空闲频段进行通信，必须对无线传输场景进行分析，首要的任务就是频谱感知，查找能够用来进行认知无线电系统业务通信的频谱空洞。常用的频谱感知算法有：匹配滤波器、能量检测、周期特性检测、本地泄露检测等，其中能量检测器应用最为广泛，因为它设计简单且不需要太多关于主用户状态的先验知识。然而，在实际的频谱感知实现过程中，由于诸如信道衰落、阴影效应等作用影响，单个用户的检测结果往往会出现较大的误差，因此更多地时候往往考虑利用多个次用户实施联合频谱检测(Cooperative Spectrum Sensing)来提高对主用户状态检测的可靠性，其中在决策融合的过程中一些典型的方法有：“逻辑-与”准则，“逻辑-或”准则和“k-out-of N”准则。

在传统的频谱感知中，一般只考虑主用户具有两个状态，即“工作在固定电平上”和“空闲”状态。然而这种假设在实际中并不经常成立，例如在如今许多标准中，主用户可以根据需要工作在预先设计的不同电平上，而且在许多关于认知无线电功率分配的研究中，主用户工作的电平也不能是一直不变的。因此我们很有必要考虑当主用户工作在多电平下的频谱感知问题。当主用户工作在多电平时，由于主用户状态的增多，单个用户独立进行频谱感知的可靠性变得更低，在进行联合频谱感知时，传统的基于两元假设的频谱感知方法不再成立并且传统的对于频谱感知的评价标准也不再适用，因此我们需要在传统联合频谱感知的思路上做出新的拓展，建立一套基于主用户多电平情况下的联合感知决策融合策略以及评价标准。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是如何提供一种在主用户多电平环境下基于多数人投票原则的认知无线电系统联合频谱感知的决策融合方法，不需要主用户的先验知识，通过各个次用户独立检测结果汇总的决策向量进行决策融合。

（二）技术方案