[发明专利]基于协作式认知网络高效无线频谱感知方法

说明书

技术领域

本发明涉及认知无线电频、谱感知频谱检测、无线网络技术，尤其涉及一种基于协作式认知网络高效无线频谱感知方法。

背景技术

当前日益增长的频谱需求与有限的频谱资源之间的矛盾是制约无线通信发展的主要瓶颈，然而根据调查，目前在授权频段内的频谱资源利用率却处于非常低的水平，无线通信正在面临着非常巨大的挑战。无线电频谱资源一般是由政府统一授权分配使用，这种固定分配频谱的管理方式常常会出现频谱资源分配不均，甚至浪费的情形，这与日益严重的频谱短缺问题相互矛盾。认知无线电技术作为一种智能频谱共享技术有效的缓解了这一矛盾。它通过感知时域、频域和空域等频谱环境，自动搜寻已授权频段的空闲频谱并合理利用，达到提高现有频谱利用率的目的。认知无线电可以在已授权的频段内寻找空闲频谱，并在不影响授权用户正常通信的前提下动态地利用频谱资源，从而从根本上解决因频谱资源的固定分配方式所导致的频谱利用不合理的问题。

我们需要认知无线网络发现可利用的频谱资源，多种无线技术将带来不同的利用频谱资源的方法来感知频谱。本发明提出了一种由终端导向的基于多模终端和认知无线技术的频谱分配方案，本方案中，从网络运作者的观点来看，即便每个用户不知道其他用户的具体位置，认知用户也可以合理使用接入策略便可获得高效的频谱利用率。从用户的观点来看，多模终端在异构网络下的自动平衡能够确保移动环境下的服务质量。

发明内容

1、需解决的技术问题

目前的频谱感知方法存在以下三种缺陷：一、采用物理层和媒体接入层联合检测的跨层设计方法可以极大地提高频谱感知的可靠性及检测时间。二、目前的工作集中在单个认知用户网络中空闲频谱的检测，并没有考虑两个甚至多个认知无线电网络同时存在，通过相互竞争来获取某一个频段的使用权的情况。三、通信有可能产生拥塞，不能确定主用户接收方的位置。由于主用户与认知用户之间缺少信令交互，对主用户发射机检测的假定是基于主用户接收机位置未知的。因此认知用户只能依赖于局部观察的微弱主用户发射机信号。合作式频谱感知虽然提高了主用户的检测率，但它仍然是针对主用户发射机的检测，由于缺乏主用户接收机信息所以不能完全避免干扰，而且发射机检测模型不能避免隐藏节点问题，因此还是未能解决主用户接收机检测的问题，也就无法完全避免对主用户的干扰。

2、技术方案

本发明提供一种基于协作式认知网络高效无线频谱感知方法，包括：检测和汇报两个阶段。合作式频谱感知技术是指在同一无线频谱环境的范围内，通过合并多个认知无线电节点的本地检测结果来进行频谱感知的一项技术。单一节点的检测性能随着信道的衰落变得下降，合作式频谱感知策略可以克服这一缺点，同时，还能够降低阴影效应带来的不利影响，从而加强频谱感知系统的整体检测性能。

合作式频谱检测当中，许多认知用户感知目标信道并且相互通信，这样是为了给处于阴影中的感知用户提供检测信息并让中心节点做出正确的决断。这样，可以有效避免由于阴影效应引起的错误决断，提高检测效率，避免由于认知用户的位置不确定和阴影终端问题引发的干扰。

集中的合作式频谱检测包括检测和汇报两个阶段。检测阶段，认知节点采用本地频谱检测的方法独立地进行频谱检测；汇报阶段，所有认知节点发送各自判决的信息到信息融合中心，并由中心节点做出最终判决。在频谱检测方案中，我们提出单节点二元假设模型，H₀代表主用户不存在，H₁代表主用户存在，假设有n个认知用户参与合作检测，根据单一节点感知检测，每个认知节点做出相应的本地判决u_s：

                                                                                                   （1）

假设传输过程中无噪声，融合中心收到n个判决信息，按照某种融合准则对u_s经过处理，得到全局判决结果u₀，过程如图1所示。本方案遵循“与”准则和“或”准则，并在此基础上分析了3用户和5用户合作式频谱感知的性能，下面来分别进行描述。

“与”准则：