[发明专利]基于信道聚类的频谱感知方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及频谱感知技术领域，尤其涉及一种基于信道聚类的频谱感知方法及装置。

背景技术

随着无线电通信业务量的急速增长，频谱紧缺问题越来越严重。通过研究世界各国的频谱检测结果发现，授权频段的利用率普遍较低。然而固定的频谱分配政策使得低利用率的授权频段在空闲时无法被非授权用户使用，造成极大的资源浪费。认知无线电技术的出现为这一类问题的解决提供了很好的途径与方案。

在认知无线电中，次级用户可以在不干扰授权用户通信的情况下动态地接入授权频段，从而提高信道的利用率。为了不影响授权用户的通信，次级用户在接入信道之前要先进行频谱感知来确定信道是否被占用，次级用户只有在信道空闲时才可以接入。所以，频谱感知技术是实现认知无线电技术的关键。信道检测是频谱感知技术的常用方式。传统信道检测采取对信道逐个检测的方式，在时间和能量上的开销都非常大。在信道数目庞大，多个次级用户存在的情况下，这种开销尤其明显。解决这个问题的一个有效的方案就是频谱预测。频谱预测模型是根据各个信道占用的历史情况来预测下一时刻各个信道的占用状态。现有方案中在进行信道空闲状态预测时，都仅仅只是从各个独立的信道角度出发，分别针对每个信道的历史占用情况，进行建模和预测。却忽略了在同一业务中信道之间客观存在的关联性这部分重要信息。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中信道检测是对信道一一检测，直到发现可利用信道为止，导致在时间和能量上的开销非常大。基于信道预测的检测方案也仅仅只是从各个独立的信道角度出发，分别针对每个信道的历史占用情况进行建模和预测，预测精度有待提高。

（二）技术方案

为此目的，本发明提出了一种基于信道聚类的频谱感知方法，包括以下步骤：

S1：根据历史检测数据对各个信道的历史占用状态进行统计；

S2：根据所述各个信道的历史占用状态分别计算任意两个信道间的相关系数；

S3：根据所述相关系数利用信道聚类算法将信道进行聚类，生成预定数目个类；

S4：在每个类中分别选出一个检测信道，检测所述检测信道的占用状态；

S5：根据检测信道的占用状态利用类内估计算法对每个类中除所述检测信道之外的其余信道进行占用状态的类内估计；

S6：根据所述各个信道的历史占用状态对每个类中除所述检测信道之外的其余信道进行占用状态的自估计；

S7：将所述类内估计和自估计得到的结果进行汇聚，得到类中除所述检测信道之外的其余信道的状态估计。

优选地，在步骤S1之前，所述方法还包括：按预定的时间周期对信道进行检测，将获取的检测数据作为历史检测数据进行保存。

优选地，所述步骤S2具体包括：

获取所述各个信道的历史占用状态矢量；

根据所述各个信道的历史占用状态矢量分别计算任意两个信道间的相关系数ρ_ij，

其中，ρ_ij是信道i与信道j间的相关系数，表示第i个信道在第m个时隙下的状态，表示第j个信道在第m个时隙下的状态，M表示时隙的个数，⊙表示同或操作。

优选地，所述步骤S3具体包括：

设置进行信道聚类所得到的类的数目；

根据所述相关系数和所述类的数目利用最小熵增量算法进行信道聚类。

优选地，所述步骤S5具体为：

在每一类中，利用基于最大后验概率估计的类内估计算法对除所述检测信道之外的其余信道进行占用状态的类内估计。

优选地，所述步骤S6具体为：

利用马尔科夫模型根据所述各个信道的历史占用状态对每个类中除所述检测信道之外的其余信道进行占用状态的自估计。

优选地，所述步骤S7具体为：

根据最小熵汇聚法对所述类内估计和自估计得到的结果进行统一，得到类中除所述检测信道之外的其余信道的状态估计。

此外，本发明还提供了一种基于信道聚类的频谱感知装置，包括：

历史状态统计模块，用于根据历史检测数据对各个信道的历史占用状态进行统计；

相关系数计算模块，用于根据所述各个信道的历史占用状态分别计算任意两个信道间的相关系数；

信道聚类模块，用于根据所述相关系数利用信道聚类算法将信道进行聚类，生成预定数目个类；

信道检测模块，用于在每个类中分别选出一个检测信道，检测所 述检测信道的占用状态；