[发明专利]基于主用户状态的分步式协作频谱感知系统和方法

说明书

本发明公开了基于主用户状态的分步式协作频谱感知系统和方法，该方法根据授权信道占用的特点，结合分步式协作检测思想，提出了一种基于主用户状态的分步式协作频谱感知方法。当授权信道中主用户存在或不存在的持续时间远远大于感知周期，认知节点系统可以根据上一轮的感知结果推断本轮感知过程中主用户状态，且根据推测结果采用不同的分步式协作感知算法从而提高系统性能和效率。仿真结果表明，相比于硬合并、软合并和非基于主用户状态的分步式协作感知算法，该方法可以在感知时间略微增加的条件下，以较小的传输带宽获得检测性能的较大提高。

技术领域

本发明涉及一种基于主用户状态的分步式协作频谱感知系统和方法，属于计算机无线通信技术领域。

背景技术

计算机无线通信和个人通信在过去几十年间得到了飞速地发展，各种系统结构、协议标准和网络架构层出不穷。随着无线通信业务的快速增长，日益增长的频谱需求与有限的频谱资源之间的矛盾，已成为制约无线通信发展的主要瓶颈之一。而世界各国现行的频率使用政策除分配极少的ISM开放频段之外，大多采用许可证制度，即授权用户使用规定频段，非授权用户不得使用。而且研究表明，授权频谱的实际利用率较低。因此，不管技术上怎么提高频谱利用率，只要授权用户暂时未用规定频段，分配给该用户的频率资源就被浪费了。为了在这样一个动态的环境中更充分地利用已分配的频率资源，认知无线电技术应运而生。它可以在对现有授权用户只造成一定限制干扰前提下有效地利用频谱空洞。频谱感知的目的在于快速发现频域、时域和地域上动态出现的频谱空穴，以供认知用户机会方式利用频谱。

同时，为了不对主用户造成干扰，认知用户在利用频谱空穴进行通信的过程中，需要能够快速感知出主用户的再次出现，及时进行频谱切换，腾出信道供主用户使用，或者继续使用原来频段，但是需要调整传输功率或者改变调制方式来避免干扰。频谱感知主要是物理层的技术，是频谱管理、频谱共享和频谱移动性管理的前提。

现有的频谱感知方法主要有：匹配滤波器检测，能量检测和循环平稳特征检测。其中，匹配滤波器检测需要认知用户已知主用户发射信号的有关信息(如，调制方式，脉冲波形等)；循环平稳特征检测的计算复杂度过高，并且需要较长的观察时问以提取信号的特征信息；相比之下，能量检测具有实现简单，无需系统额外信息的优点。不过，在实际的无线传播环境中，非协作感知因单个检测用户的衰落和噪声等不利因素，容易导致其检测结果与实际情况产生偏差。为了进一步提高检测精度，同时又不过分增加设备复杂度，人们提出了协作频谱感知技术研究，利用认知用户间的相互协作，可以有效消除阴影衰落的影响，降低单个认知用户的检测要求。协作感知从多个分布式的认知用户收集感知数据，通过处于不同地理位置的多个认知用户间的彼此协作，削弱外界不利因素对单个认知用户所造成的负面影响，最终提高认知无线电系统的检测性能。

然而目前的许多协作感知算法都要求参与协作的所有认知节点在本地检测之后上传其本 地检测结果或检测统计量至融合中心，然后融合中心根据一定的融合准则判决主用户是否存在。但是，在带宽受限的窄带系统下，当认知节点数目较多时，基于FDMA的上传方式容易造成控制信道拥塞；而基于TDMA的上传方式耗时较多从而影响感知实时性。因此，近年来分步式协作感知算法得到了广泛关注。但是所提许多算法都存在感知性能和感知效率等诸多问题。而本发明能够很好地解决上面的问题。

发明内容

本发明目的在于根据授权信道占用的特点，结合分步式协作检测思想，提出了一种基于主用户状态的分步式协作频谱感知系统和方法，该方法当授权信道中主用户存在或不存在的持续时间远远大于感知周期，认知节点系统可以根据上一轮的感知结果推断本轮感知过程中主用户状态，且根据推测结果采用不同的分步式协作感知算法从而提高系统性能和效率。仿真结果表明，相比于硬合并、软合并和非基于主用户状态的分步式协作感知算法，该算法可以在感知时间略微增加的条件下以较小的传输带宽获得检测性能的较大提高。