[發(fā)明專利]一種基于自適應(yīng)數(shù)據(jù)融合的協(xié)作頻譜檢測方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010136299.5
• 申請日: 2010-03-30
• 公開（公告）號: CN101815312A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱佳
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: H04W24/00
• 分類號: H04W24/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 奚幼堅

1.一種基于自適應(yīng)數(shù)據(jù)融合的協(xié)作頻譜檢測方法，其特征在于：設(shè)置包括一個主用戶、兩個次用戶和一個數(shù)據(jù)融合器組成的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)，從主用戶與次用戶間無線信道狀況的角度出發(fā)，根據(jù)信道衰落大小確定次用戶檢測信息是否可信，若次用戶檢測信息可信，則前傳至數(shù)據(jù)融合中心，以此實現(xiàn)相應(yīng)的自適應(yīng)協(xié)作數(shù)據(jù)融合，從而有效對抗無線衰落和多徑傳播等不利因素對快速準(zhǔn)確判斷主用戶狀態(tài)所造成的負(fù)面影響；

兩個次用戶接收到主用戶的發(fā)射信號后，分別將其接收信號的信噪比與可信門限δ進(jìn)行比較，以判定自身是否可信，如果接收信號信噪比大于可信門限，則次用戶判定為可信并將其接收信號解調(diào)后前傳至數(shù)據(jù)融合中心；反之，若接收信號信噪比小于可信門限，則次用戶判定為不可信節(jié)點，此時次用戶不對其接收信號進(jìn)行解碼，數(shù)據(jù)融合中心將處理后的最終結(jié)果回送給兩個次用戶和次用戶；由于次用戶只需判決主用戶存在與否，因此對于次用戶來說主用戶發(fā)射信號只需承載1比特信息，根據(jù)信息論編碼定理，只要信道容量大于數(shù)據(jù)速率，接收端即可實現(xiàn)正確解碼，因此，只要次用戶端的接收信噪比大于1dB，即可正確判決主用戶存在與否，故本方法取可信門限δ＝1。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于自適應(yīng)數(shù)據(jù)融合的協(xié)作頻譜檢測方法，其特征在于：具體步驟是：

記s為主用戶P存在的指示信號，s＝0表示主用戶P不需要使用無線頻譜，s＝Es則表示主用戶P需要使用無線頻譜，記H_p＝H₀和H_p＝H₁分別為s＝0和s＝Es相應(yīng)的二元假設(shè)條件，因此，次用戶1和次用戶2接收到的來自主用戶P的無線信號可以分別表示為

y₁(k)＝h_p1(k)s+n₁(k)

y₂(k)＝h_p2(k)s+n₂(k)

其中，h_p1(k)和h_p2(k)分別表示主用戶P到次用戶1和主用戶P到次用戶2間的瑞利衰落系數(shù)，n₁(k)和n₂(k)則分別表示次用戶1和次用戶2端的復(fù)高斯白噪聲；

根據(jù)上述兩式，求得次用戶1和次用戶2端的接收信噪比為

γ₁＝|h_p1(k)|²γ_s；γ₂＝|h_p2(k)|²γ_s

其中，γ_s＝Es/N₀表示主用戶信號的發(fā)射信噪比，次用戶1和次用戶2分別利用接收信噪比γ₁和γ₂進(jìn)行自身的可信判決，即，若γ_i(i＝1，2)大于可信門限δ，則判決為可信用戶，否則視為不可信用戶；同時，只有可信用戶才會將其接收信號前傳至數(shù)據(jù)融合器，以此實現(xiàn)相應(yīng)的自適應(yīng)數(shù)據(jù)融合；采用伯努利隨機(jī)變量C₁和C₂分別表征次用戶1和次用戶2的可信判決結(jié)果，即C_i＝0(i＝1，2)表示次用戶i不可信，C_i＝1表示次用戶i可信，數(shù)據(jù)融合器將得到四種不同的組合情況：

①Caseθ＝1：兩個次用戶均判決不可信用戶C₁＝0，C₂＝0，即

γ₁＜δ；γ₂＜δ

此時，數(shù)據(jù)融合器將沒有數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，所以在這種情況下，數(shù)據(jù)融合器將無法檢測出主用戶；

②Caseθ＝2：次用戶1判決為可信用戶C₁＝1，次用戶2判決為不可信C₂＝0，即

γ₁＞δ；γ₂＜δ

這種情況下，次用戶1按照解碼前傳策略，從其接收信號y₁(k)中將主用戶指示信號s解調(diào)出來，并將其解調(diào)結(jié)果再轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)融合器，由于此時次用戶1可信，意味著次用戶1能正確解調(diào)出主用戶指示信號，所以數(shù)據(jù)融合器端的接收信號可以表示為

y_c(k)＝h_1c(k)s+n_c(k)

其中，n_c(k)表示均值為零，方差為N₀的復(fù)高斯白噪聲；

③Caseθ＝3：次用戶1判決為不可信用戶C₁＝0，次用戶2判決為可信C₂＝1，即

γ₁＜δ；γ₂＞δ

此時，次用戶2按照解碼前傳策略，從其接收信號y₂(k)中將主用戶指示信號s解調(diào)出來，并將其解調(diào)結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)融合器，同理，數(shù)據(jù)融合器端的接收信號表示為

y_c(k)＝h_2c(k)s+n_c(k)

④Caseθ＝4：次用戶1和次用戶2均判決為可信用戶C₁＝1，C₂＝1，即

γ₁＞δ；γ₂＞δ

此時，次用戶1和次用戶2都將按照解碼前傳策略，分別從其各自的接收信號y₁(k)和y₂(k)中正確解調(diào)出主用戶指示信號，并將其解碼結(jié)果發(fā)送給數(shù)據(jù)融合器，因此，數(shù)據(jù)融合器將收到兩份信號拷貝，

yc,1(k)=h1c(k)s+nc,1(k)yc,2(k)=h2c(k)s+nc,2(k).]]>

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于自適應(yīng)數(shù)據(jù)融合的協(xié)作頻譜檢測方法，其特征在于：根據(jù)系統(tǒng)檢測概率及檢測時間，分析數(shù)據(jù)融合器將得到四種不同的組合情況下，系統(tǒng)的檢測概率以及各種情況分別出現(xiàn)的概率，綜合即可得出系統(tǒng)的性能：

Caseθ＝1：兩個次用戶均判決不可信，因此系統(tǒng)檢測概率為0；

Caseθ＝2：次用戶1判決為可信用戶C₁＝1，次用戶2判決為不可信C₂＝0，此時系統(tǒng)檢測概率即次用戶1采用獨(dú)立檢測時的檢測概率為

Pd,1=22-γp1Pf,1+γp1γp1-2(Pf,1)2/γp1;γp1≠2Pf,1-Pf,1ln(Pf,1);others]]>

其中，針對次用戶1獨(dú)立檢測所需的時隙數(shù)，采用隨機(jī)變量τ₁進(jìn)行表示，顯然，變量τ₁服從幾何分布，即次用戶1需要i個時隙才能檢測出主用戶存在的概率為

Pr(τ₁＝i)＝(1-P_d，1)^i-1P_d，1；i＝1，2，3，…

因此，次用戶1獨(dú)立檢測時所需要的平均檢測時間T₁為

T1=Σi=1+∞iPr(τ1=i)=1Pd,1]]>

Caseθ＝3：次用戶1判決為不可信用戶C₁＝0，次用戶2判決為可信C₂＝1，此時系統(tǒng)檢測概率即次用戶2采用獨(dú)立檢測時的檢測概率可根據(jù)次用戶1的分析結(jié)果類比得出，次用戶2采用獨(dú)立檢測時的檢測概率P_d，2和平均檢測時間T₂分別為

Pd,2=22-γp2Pf,2+γp2γp2-2(Pf,2)2/γp2;γp2≠2Pf,2-Pf,2ln(Pf,2);others]]>

和

T2=1Pd,2]]>

其中，P_f，2表示為次用戶2的虛警概率；

Caseθ＝4：次用戶1和次用戶2均判決為可信用戶C₁＝1，C₂＝1，即系統(tǒng)檢測概率為2個次用戶的檢測概率的乘積。

根據(jù)數(shù)據(jù)融合器所得到的4種不同情況，可求得θ＝1時的條件概率為

Pr(θ＝1)＝Pr(C₁＝0，C₂＝0)＝Pr(γ₁＜δ，γ₂＜δ)

由于|h_p1(k)|²和|h_p2(k)|²分別服從參數(shù)為1/σ_p1²和1/σ_p2²的指數(shù)分布，并且相互獨(dú)立，所以上式進(jìn)一步求得

Pr(θ=1)=[1-exp(-δγp1)][1-exp(-δγp2)]]]>

由于θ＝1時兩個次用戶均不可信，數(shù)據(jù)融合器將沒有數(shù)據(jù)信息來判決住用戶的存在與否，所以此時的檢測概率為零，即

P_d，c(θ＝1)＝0

以此類推，求得相應(yīng)的條件概率Pr(θ＝2)為

Pr(θ=2)=Pr(γ1>δ,γ2<δ)=exp(-δγp1)[1-exp(-δγp2)]]]>

同時，可以得到此時的檢測概率P_d，c(θ＝2)為

Pd,c(θ=2)=22-γ1cPf,c+γ1cγ1c-2(Pf,c)2/γ1c;γ1c≠2Pf,c-Pf,cln(Pf,c);others]]>

式中，且參數(shù)P_f，c表示為采用自適應(yīng)數(shù)據(jù)融合進(jìn)行主用戶檢測時的虛警概率，同理，求得

Pr(θ=3)=Pr(γ1<δ,γ2>δ)=exp(-δγp2)[1-exp(-δγp1)]]]>

和

Pd,c(θ=3)=22-γ2cPf,c+γ2cγ2c-2(Pf,c)2/γ2c;γ2c≠2Pf,c-Pf,cln(Pf,c);others]]>

最后，當(dāng)θ＝4時，即2個次用戶均為可信用戶，則此時相應(yīng)的條件概率Pr(θ＝4)求得如下

Pr(θ=4)=Pr(γ1>δ,γ2>δ)=exp(-δγp1)exp(-δγp2)]]>

利用“AND”邏輯規(guī)則對接收到得兩份拷貝進(jìn)行融合處理，則相應(yīng)的檢測概率P_d，c(θ＝4)和虛警概率P_f，c可以寫為

P_d，c(θ＝4)＝Pr{|h_1c(k)|²Es+|n_c，1(k)|²＞λ，|h_2c(k)|²Es+|n_c，2(k)|²＞λ}和

P_f，c＝Pr{|n_c，1(k)|²＞λ，|n_c，2(k)|²＞λ}

此處考慮了兩個可信次用戶檢測結(jié)果的融合，所以在虛警概率一定的情況下，能量檢測的判決門限將降低，即檢測概率會因用戶協(xié)作而有所提高。聯(lián)合上兩式，我們可得

P_d，c(θ＝4)＝a×b

其中

a=22-γ1cPf,c+γ1cγ1c-2(Pf,c)1/γ1c;γ1c≠2Pf,c-ln(Pf,c)2Pf,c;others;]]>b=22-γ2cPf,c+γ2cγ2c-2(Pf,c)1/γ2c;γ2c≠2Pf,c-ln(Pf,c)2Pf,c;others]]>

因此，綜合上述四種不同情況，所提出的基于自適應(yīng)用戶協(xié)作的數(shù)據(jù)融合方案的檢測概率可以求得，

Pd,c=Σi=14Pr(θ=i)Pd,c(θ=i)]]>

同理，相應(yīng)的平均檢測時間為

Tc=1Pd,c.]]>