[发明专利]一种认知无线电网络分簇协作频谱感知方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种认知无线电网络分簇协作频谱感知方法，属于认知无线电技术领域。

背景技术

作为一项实现动态的智能频谱分配和频谱资源共享的关键技术，认知无线电技术(CR，CognitiveRadio)近些年来受到了国内外专家与学者的广泛关注和研究。然而由于频谱资源难以满足日益增长的消费人群的问题日益显现，因此频谱资源的高效合理分配已然成为目前无线通信技术发展领域亟待解决的难题之一。但是通过FFC(美国联邦通信委员)对频谱利用率的研究报告显示由于现有的静态频谱资源分配模式使得大部分授权频谱并未充分使用而导致了当前的频谱资源使用率不高。为了缓解当前愈演愈烈的频谱供求关系同时解决频谱资源使用率不高的问题，在频谱检测方面不影响整个系统的检测精度前提下，相关学者提出了协作频谱检测技术，即先通过融合多个认知用户的感知信息，然后再由融合中心确定该段频谱是否被主用户占用。所以，一种认知无线电网络分簇协作频谱感知算法成为当前新的研究方向。

传统的分簇协作频谱感知方法是将认知用户按照某种规则分成若干个簇(cluster)，进而选取每个簇中感知性能最好的认知用户做为簇首(clusterhead)。最后融合中心(FC，fusioncenter)将收集到的各个簇发送过来的决策信息进行最终判决。针对其在感知过程中大都没有考虑衰落对判决结果方面造成误码率增加的不足，需要提出一种认知无线电网络分簇协作频谱感知方法，该方法不仅应该考虑外环境对系统检测性能造成的影响，还要采用全新的分簇规则和融合准则，使参与协作的各个簇尽可能避免阴影效应、噪声以及多径衰落对检测结果的干扰。

传统的基于LEACH协议的分簇方法由于每个簇随机分布在不同的位置，并且协议没有具体指出如何将多个簇首节点合理的分布才能遍及整个认知网络。因此，一但出现从认知节点中选出的簇首节点同时集中在网络的某片区域，而一些节点的附近却找不到任何一个簇首，这样就会导致网络能耗分布的不均衡从而带来的系统瘫痪。这将会对协作频谱感知的最终判决结果造成十分大的影响。

发明内容

本发明提供了一种认知无线电网络分簇协作频谱感知方法，以用于解决传统分簇协作频谱感知方法中网络能耗分布不均衡从而带来的系统瘫痪的问题。

本发明认知无线电网络分簇协作频谱感知方法是这样实现的：所述认知无线电网络分簇协作频谱感知方法的具体步骤如下：

Step1、将感知网络中所有感知用户分为若干簇，并选出每个簇的簇头；

Step2、首先对CR系统中分到每个簇内的感知用户进行能量检测感知本地的频谱占用情况，同时簇首将本簇内的感知用户上报的能量检测信息发送至簇首利用数据融合方法进行第一次数据融合处理；

Step3、簇首数据融合之后簇首将它们各自判定出的融合判决结果发送至融合中心，在融合中心中进行第一次数据融合处理；

Step4、由融合中心估计出接收到的每个簇首的信噪比，并将与其所有簇信噪比的平均值进行比较，判断是否大于其平均值；

Step5、如果大于平均值则在融合中心进行第二次数据融合，否则不进行；

所述步骤Step5，在融合中心中利用“OR准则”进行第二次数据融合，并根据融合结果作出最终感知判决结果，来感知此信道是否被使用。

所述步骤Step3中，其中，在融合中心中进行第一次数据融合处理时合并感知所有簇首节点的数据信息都采用“OR准则”融合策略。

本发明的工作原理是：

基于分簇的协作频谱感知的系统结构如图1所示。在图中每一个大圆表示一个簇，CR表示簇罩面的一个认知节点，CH表示位于一个簇里面的簇头节点，灰色装置表示协作感知系统中的信息融合中心，发射塔代表主用户发射机。

整个基于分簇的协作频谱感知的系统的实现过程如下所述：

1)根据认知用户的地理位置将距离较近的认知用户分到同一个簇。

2)随机选择簇里的认知用户做为簇首，为避免功率消耗过快，簇头由簇成员轮流担任。

3)簇首收集并处理簇成员发送过来的本地感知结果，连同自己的感知信息做出判决，并将判决结果发送至融合中心。为延长整个系统的寿命，节省各认知用户的能量，融合中心也是动态选择，由簇头轮流担任。

4)融合中心综合自身感知结果与各簇头的判决情况，进行最终决策，并将判决结果由簇头发至每个簇成员，如图l所示，完成整个过程。