[發明專利]一種認知無線電系統中的合作頻譜感知方法

有效

• 申請號: 200810163516.2
• 申請日: 2008-12-29
• 公開（公告）號: CN101459445A
• 公開（公告）日: 2009-06-17
• 發明（設計）人: 陳惠芳;謝磊;金煦
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04B1/69
• 分類號: H04B1/69;H04B1/707;H04B17/00;H04W24/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 杜 軍

技術領域

本發明屬于認知無線電技術領域，涉及一種多個認知無線電用戶以合作 的方式對頻譜空洞進行感知的方法。

背景技術

近年來，在無線技術的高速發展帶來許多新服務的同時，無線頻譜稀缺 的問題也更加明顯，由于許多新技術的實現都需要以頻譜資源為基礎，所以 無線頻譜稀缺已成為影響通信產業發展的瓶頸。一直以來無線頻譜資源的使 用和管理都是由政府統一進行，目前可分配的頻帶已所剩無幾，但是已有多 項研究表明在已經分配出去的無線頻譜中，大多數頻段的利用率低于25％， 有的頻段利用率甚至不到10％。在這種情況下，能夠有效利用頻譜空洞實現 通信的認知無線電(Cognitive?Radio)技術成為當前研究的熱點。

認知無線電技術的目標是提高頻譜利用率，使得具備認知功能的無線用 戶能夠智能地感知周圍的環境，以伺機的方式使用未被主用戶(Primary? User)使用的頻譜資源來完成通信，同時不對主用戶的通信產生影響。認知 無線電用戶通過不斷的感知無線環境，可以檢測在自己的通信范圍內某個頻 段當前是否正在被主用戶使用，如果發現該頻段當前未被主用戶使用，則表 示認知無線電用戶可以使用該頻段進行通信；一旦主用戶需要使用某個頻 段，則正在使用該頻段進行通信的認知無線電用戶必須立刻停止在該頻段的 通信，繼續尋找未被主用戶使用的頻段進行通信。

頻譜感知是實現認知無線電技術的第一步，由于不能對主用戶的通信造 成影響，同時又必須達到有效利用頻譜空洞的目的，這就要求認知無線電用 戶必須能夠精確地感知主用戶在各頻段上的使用情況。目前常用的頻譜感知 技術主要包括能量檢測技術、匹配濾波檢測技術和循環平穩特性檢測技術。

能量檢測技術具有對主用戶信號需要先驗信息最少以及簡單實用的特 點，主要包含以下幾個步驟：

(1)將接收信號通過帶通濾波器，獲得所要檢測的目標頻段的信號。

(2)將目標頻段信號通過平方率器件，獲得該信號功率估計。

(3)在某個固定的周期內對該信號的功率估計積分，得到目標頻段內的 信號能量。

(4)將得到的信號能量值與某一門限進行比較，高于該門限則表示當前 該頻段正在被主用戶使用，低于該門限則表示當前該頻段沒有被主用戶使 用。

考慮到單個認知無線電用戶使用能量檢測技術進行頻譜感知的準確度較 低，以及提升單個用戶感知準確度的成本太高等問題，有人提出了合作頻譜 感知的方法。圖1為認知無線電系統合作頻譜感知示意圖。參與合作的認知 無線電用戶將對目標頻段的主用戶信號進行感知，將各自的本地感知結果發 送到認知無線電系統的控制中心，控制中心采用一定的融合算法處理收到的 本地感知結果，得到最終的判決結果。

目前提出的一些融合算法主要有似然比融合算法和線性融合算法，前者 檢測性能好，但是實現復雜度高，很難用于實際的認知無線電系統，后者雖 然在性能上稍差于前者，但是實現相對簡單。常見的線性融合算法有最大比 融合，等增益融合以及最優線性融合。不過，最大比融合算法和最優線性融 合算法都需要對無線感知信道特性進行實時估計，由于無線信道易受環境影 響，所以在實際中對信道特性進行實時估計需要的計算量較大，難以實用； 等增益融合算法雖然不需要對無線信道進行估計，但是這種方法沒有考慮到 各個用戶感知環境的差異性，例如各用戶的感知信道特性不同，各用戶的本 地接收信噪比不同等等。另一方面，常見的線性融合算法也沒有考慮惡意認 知無線電用戶對合作感知性能的影響。惡意認知無線電用戶可以通過向控制 中心發送錯誤的本地感知結果來干擾正常的合作感知過程，導致系統產生錯 誤的判決。在惡意認知無線電用戶的干擾下，這三種算法的性能都會下降， 隨著惡意認知無線電用戶所占比重的增加，這種影響會更加明顯，也就失去 了合作的意義。

發明內容

本發明針對認知無線電系統中現有合作頻譜感知方法一些問題，包括基 于最大比融合算法和最優線性融合算法的合作感知方法在實際中無法準確地 估計無線感知信道實時特性，基于等增益融合算法的合作感知方法沒有充分 考慮用戶感知環境的差異性，以及現有合作頻譜感知方法不能夠有效抵抗惡 意用戶攻擊等，提出一種基于用戶可信度的線性融合合作感知方法。