[发明专利]移动场景中软判决协作频谱感知数据融合方法

说明书

技术领域

本发明涉及信息与通信技术领域。

背景技术

近年来，无线通信技术的快速发展导致人们对于无线频谱资源的需求量急剧增加。然而，当前固定的频谱分配政策使得大部分频带并没有得到充分的利用。为了提升频谱利用率，研究者提出了认知无线电(CR)技术。CR是在不影响主用户信号的授权频段，即固定分配给用户的频段，正常进行通信的前提下，让具有无线电环境感知功能的无线通信设备动态接入主用户授权频段，从而完成频谱资源的共享。这个过程中，频谱感知是保证主用户信号正常通信的关键技术。

频谱感知技术有两个任务，首先需要在认知用户需要传输数据时检测到频谱空隙，而且需要在认知用户传输数据过程中不间断地检测授权用户是否出现。对于各种频谱感知算法的研究已经成为了无线通信技术中的研究热点。频谱感知可分为单用户频谱检测法以及多用户协作检测法。单用户频谱检测技术就是指一个用户对被检频段单独进行频谱检测并且做出本地的检测结果。能量检测算法是一种单节点频谱检测算法，其原理简单易于实现且不需要知道主用户的先验信息，没有对信号作任何假设。能量检测法对任何信号都适用，因此得到了广泛的使用。

实际的认知系统中，单节点频谱感知算法是有较大的局限性的。隐藏终端问题和阴影效应等问题，都会大大降低单节点检测的检测性能。就像是隐藏终端问题会导致处于树或建筑物阴影中的用户不能检测到主用户信号是否存在，从而会对主用户的正常通信造成严重的负面影响。而且，如果使用单节点检测法，为了能够达到系统要求的检测精度，对检测法的准确度要求是非常高的，这通常会使感知时间大大延长。因此，在实际系统中，单节点检测往往是不可行的。在这样的背景下，多用户协作检测法得到了许多科研人员的关注。多用户协作感知法可根据认知网络中是否存在独立的融合中心分为集中式和分布式两大类。其中，集中式的协作感知就是指认知用户需要把每次检测的结果或判决的结果上传到共同的融合中心，融合中心利用这些结果以及事先约定的处理规则进行最终判决的检测方法。而分布式的协作感知就是指认知用户将每次检测的结果或判决的结果进行共享，由认知用户共同做出最后判决的检测方法。目前对于前者的研究要远远多于后者。

由上文的分析可以看出，融合中心处对于数据的融合算法对协作频谱检测法检测性能的影响是非常大的。融合中心处的数据融合算法可分为软判决和硬判决。硬判决就是认知用户将其检测到的能量值与预设门限进行比较大小，仅上传比较的结果(以单比特形式)，融合中心根据这些单比特判决结果进行最终的判决。而软判决是各个认知用户将本地的感知结果上传给融合中心，融合中心根据事先约定的算法对这些能量值进行融合并与预设的门限进行大小的比较，进而得出最终的判决结果。

如此可以看出，前者的优点就是可以减少系统的开销，降低传输的数据量。但是由于这种算法只保留大小判决结果，没有很充分地利用能量值，性能不如后者。而与此同时，后者在提升系统检测性能的同时又消耗了大量的传输带宽。另外，在软判决协作频谱感知系统中，数据融合是非常重要的一个步骤。为每个上传到融合中心的检测结果选择恰当的加权因子能够令检测系统获得优异的检测性能。

当前绝大多数关于认知无线电频谱感知的研究都是在认知用户保持静止的假设上进行的，然而，认知用户的移动性是无线网络的固有属性。现有方法难以对移动场景下的认知无线电频谱感知数据融合。

发明内容

本发明是为了解决现有软判决协作频谱感知数据融合方法的以下问题：1)、现有的融合方法难以适用于对移动场景；2)、现存的软判决数据融合方法需要依赖于认知用户的信噪比和位置的先验知识；3)、现有融合方法的信道适应性较弱；从而提供移动场景下的软判决协作频谱感知融合方法。

移动场景中软判决协作频谱感知数据融合方法，它由以下步骤实现：

步骤一、每个移动认知用户独立进行本地能量检测，第i个认知用户的能量检测结果为y_i；

步骤二、将步骤一得到的每个用户能量检测的结果y_i上传到认知网络中的融合中心FC；

步骤三、认知网络中的融合中心FC根据本次能量检测后上传的所有检测结果，利用公式：

计算每个移动认知用户本次数据融合时对应的加权因子；

其中：N表示认知网络中移动认知用户的总数，w_i则代表第i个认知用户本次检测结果对应的加权因子；

步骤四、融合中心利用步骤二得到的检测结果和步骤三得到的各个检测结果对应的加权因子根据公式：

获得加权的目标函数