[發(fā)明專利]認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中基于QoS保障的高效能合作頻譜感知方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310027901.5
• 申請(qǐng)日: 2013-01-15
• 公開（公告）號(hào): CN103096336B
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡航;張杭;路威;陳乾;張江;辜方林;譚曉波;孫愛(ài)偉;于鴻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍陸軍工程大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W16/14
• 分類號(hào): H04W16/14;H04W24/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

一種認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中基于QoS保障的高效能合作頻譜感知方法。第一部分構(gòu)建系統(tǒng)模型并對(duì)感知性能與資源消耗權(quán)衡問(wèn)題進(jìn)行了分析。第二部分實(shí)現(xiàn)了合作頻譜感知最優(yōu)軟信息融合策略，得到了最佳的能量檢測(cè)器門限。在最優(yōu)能量檢測(cè)器門限的條件下，求得最佳的參與合作的認(rèn)知用戶數(shù)，最大化認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的效用。第三部分在合作頻譜感知硬判決融合中心采用隨機(jī)準(zhǔn)則進(jìn)行判決，優(yōu)化最終判決門限，實(shí)現(xiàn)硬判決門限動(dòng)態(tài)地調(diào)整。在最佳門限的條件下，求得最佳的參與合作的認(rèn)知用戶數(shù)，最大化認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的效用。優(yōu)化策略與定門限策略相比，可以用較少的合作用戶獲得較大的效用。整個(gè)方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，易于推廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明設(shè)計(jì)了基于QoS保障的高效能合作頻譜感知，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)軟信息融合策略和最優(yōu)硬判決融合策略。通過(guò)加權(quán)感知性能和資源消耗，為使系統(tǒng)效用達(dá)到最大，得到了參與合作的最佳的認(rèn)知用戶數(shù)量，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

認(rèn)知無(wú)線電的概念最早是由J.Mitola提出的，他對(duì)認(rèn)知無(wú)線電的定義基于軟件無(wú)線電，并將其所研究的計(jì)算智能領(lǐng)域的知識(shí)融合到了軟件無(wú)線電中。Mitola在其博士論文中提到認(rèn)知無(wú)線電在具有軟件無(wú)線電巨大靈活性的基礎(chǔ)上，還具有“自知性(self-aware)”和“自適應(yīng)性(self-adaptive)”，并且提出認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)通過(guò)認(rèn)知環(huán)與環(huán)境進(jìn)行交互。實(shí)際上，Mitola提出的理想的認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)是一個(gè)具有環(huán)境感知能力和自動(dòng)學(xué)習(xí)能力，并且能夠自適應(yīng)地進(jìn)行頻譜接入、共享和管理的無(wú)線系統(tǒng)。

頻譜感知作為認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的核心技術(shù)，是帶有認(rèn)知功能的終端用戶通過(guò)各種檢測(cè)技術(shù)對(duì)頻帶內(nèi)的主用戶信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程，一旦發(fā)現(xiàn)所檢測(cè)的頻帶內(nèi)不存在主用戶，則接入該頻帶；同時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)主用戶信號(hào)出現(xiàn)在某個(gè)頻帶時(shí)，則必須立刻退出該頻帶。

為了避免對(duì)主用戶造成干擾，認(rèn)知用戶需要高效而且有效地檢測(cè)出主用戶的狀態(tài)。然而，由于認(rèn)知用戶信噪比(SNR)低、主用戶信息少以及多徑衰落和陰影效應(yīng)等因素的影響，單個(gè)認(rèn)知用戶通常無(wú)法精確地感知主用戶存在與否。為此，需要在同頻帶上采用多用戶分集的合作頻譜感知技術(shù)來(lái)提高檢測(cè)的有效性和可靠性。所以重點(diǎn)研究合作頻譜感知中多個(gè)認(rèn)知用戶之間高效地合作，最大化認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的效用。

根據(jù)感知信息融合方式不同，可以將常見的融合算法分為軟信息融合和硬判決融合兩種。在軟信息融合中認(rèn)知(CR)用戶將本地的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量或者與通過(guò)檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量計(jì)算得到的值作為感知信息發(fā)送給融合中心或者其他負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)融合的用戶。在硬判決融合中，每個(gè)認(rèn)知用戶對(duì)主用戶的狀態(tài)做出判決，得到“1比特”的判決信息(1代表主用戶存在，0代表主用戶不存在)，然后通過(guò)報(bào)告信道把判決信息發(fā)送給數(shù)據(jù)融合中心。

合作頻譜感知中一個(gè)基本的權(quán)衡問(wèn)題是：如果更多的認(rèn)知用戶參與感知，感知性能可以得到提升，但是信號(hào)測(cè)量所需要的傳輸功率和次級(jí)網(wǎng)絡(luò)中的通信開銷量也會(huì)隨著合作用戶數(shù)線性增長(zhǎng)。因此，權(quán)衡兩個(gè)方面并且保障認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的QoS需求是非常重要的。為了分析以上問(wèn)題，首先定義了效用函數(shù)。如果認(rèn)知用戶成功地檢測(cè)到主用戶不存在，它就可以利用空閑頻譜，從而獲得收益；如果主用戶存在，認(rèn)知用戶錯(cuò)誤地檢測(cè)到主用戶不存在，由于它的接入會(huì)對(duì)主用戶造成干擾，它應(yīng)該支付罰金；每個(gè)認(rèn)知用戶在感知過(guò)程中需要消耗系統(tǒng)資源，為此要付出一定的代價(jià)。效用函數(shù)考慮了以上三個(gè)方面，為保障認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的QoS需求，通過(guò)使系統(tǒng)效用達(dá)到最大，得到了參與合作的最佳的認(rèn)知用戶數(shù)量。

分析側(cè)重于兩種策略：軟信息融合和硬判決融合。在白高斯噪聲信道、Nakagani衰落信道和Rayleigh衰落信道下，提出了基于QoS保障的高效能合作頻譜感知方法。結(jié)果表明，當(dāng)考慮認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的QoS需求時(shí)，確實(shí)存在最佳的合作認(rèn)知用戶數(shù)量。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明的提供參與合作的最佳的認(rèn)知用戶數(shù)量，使系統(tǒng)的效用達(dá)到最大，同時(shí)保障認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的QoS需求。分析并得到了最優(yōu)軟信息融合策略和最優(yōu)硬判決融合策略，提出了基于QoS保障的高效能合作頻譜感知方法。優(yōu)化策略與定門限策略相比，可以用較少的合作用戶獲得較大的效用。