[發明專利]主用戶多電平環境下的認知無線電系統聯合頻譜感知方法

有效

• 申請號: 201310268346.5
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN104254078B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 高飛飛;李家琛;丁添
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04W16/14
• 分類號: H04W16/14;H04B17/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及一種在主用戶多電平環境下基于多數人投票原則的認知無線電系統聯合頻譜感知方法，涉及多個次用戶（Secondary User）在聯合頻譜感知時對主用戶（Primary User）狀態檢測結果進行決策融合時的方案。

背景技術

眾所周知，無線電通信頻譜是一種寶貴的自然資源，一般采用的是基于頻譜授權的靜態頻帶分配的原則，即由政府授權使用。由于通信行業的迅速發展，無線局域網(WLAN)、無線個人域網絡(WPAN)等技術的出現，無線通信的需求不斷增長，頻譜資源貧乏的問題日益嚴重；另外一方面，一些通信業務(如電視廣播業務等)需要通信網絡提供一定的保護，使他們免受其他通信業務的干擾，頻率管理部門專門分配了特定的授權頻段，但是相當數量的授權頻譜資源的利用率卻非常低。于是就出現了這樣的事實：某些部分的頻譜資源相對較少但其實承載的業務量很大，而另外一些已授權的頻譜資源利用率卻很低。因此，可以得出這樣的結論：目前的頻譜資源分配方法已經不能適應日益增長的無線需求，需要一種更合理高利用率的頻譜分配方法。Joseph Mitola在軟件無線電的基礎上提出了認知無線電的概念，為這個問題提供了解決方法。

認知無線電的基本出發點就是：為了提高頻譜利用率，在已授權頻段沒被使用或只有很少的通信業務在活動的情況下，具有認知功能的無線通信設備可以按照某種“伺機(Opportunistic Way)”的方式工作在已授權的頻段內。這種在空域、時域和頻域中出現的可以被利用的頻譜資源被稱為“頻譜空洞”。認知無線電的核心思想就是使無線通信設備具有發現“頻譜空洞”并合理利用的能力。當非授權通信用戶通過“借用”的方式使用已授權的頻譜資源時，必須保證他的通信不會影響到其他已授權用戶的通信。要做到這一點，非授權用戶必須按照一定的規則來使用所發現的“頻譜空洞”。在認知無線電中，這樣的規則是以某種機器可理解的形式(如XML語言)加載到通信終端上。由于這些規則可以隨時根據頻譜的利用情況、通信業務的負荷與分布等進行不斷的調整，因此通過這些規則，頻譜管理者就能以更靈活的方式來管理寶貴的頻譜資源。

認知無線電是一個智能無線通信系統，該系統能夠識別外界通信環境，用建筑理解的方法來學習外界環境，并且通過實時調整特定工作參數（如發射功率，載波頻率和調制方法），將系統的射頻接發系統自適應地調整到某個統計狀態，以達到下列兩個主要目標：1.任何時間、地點通信的高可靠性；2.頻譜的高效利用。

在認知無線電中，為了合理有效地利用空閑頻段進行通信，必須對無線傳輸場景進行分析，首要的任務就是頻譜感知，查找能夠用來進行認知無線電系統業務通信的頻譜空洞。常用的頻譜感知算法有：匹配濾波器、能量檢測、周期特性檢測、本地泄露檢測等，其中能量檢測器應用最為廣泛，因為它設計簡單且不需要太多關于主用戶狀態的先驗知識。然而，在實際的頻譜感知實現過程中，由于諸如信道衰落、陰影效應等作用影響，單個用戶的檢測結果往往會出現較大的誤差，因此更多地時候往往考慮利用多個次用戶實施聯合頻譜檢測(Cooperative Spectrum Sensing)來提高對主用戶狀態檢測的可靠性，其中在決策融合的過程中一些典型的方法有：“邏輯-與”準則，“邏輯-或”準則和“k-out-of N”準則。

在傳統的頻譜感知中，一般只考慮主用戶具有兩個狀態，即“工作在固定電平上”和“空閑”狀態。然而這種假設在實際中并不經常成立，例如在如今許多標準中，主用戶可以根據需要工作在預先設計的不同電平上，而且在許多關于認知無線電功率分配的研究中，主用戶工作的電平也不能是一直不變的。因此我們很有必要考慮當主用戶工作在多電平下的頻譜感知問題。當主用戶工作在多電平時，由于主用戶狀態的增多，單個用戶獨立進行頻譜感知的可靠性變得更低，在進行聯合頻譜感知時，傳統的基于兩元假設的頻譜感知方法不再成立并且傳統的對于頻譜感知的評價標準也不再適用，因此我們需要在傳統聯合頻譜感知的思路上做出新的拓展，建立一套基于主用戶多電平情況下的聯合感知決策融合策略以及評價標準。

發明內容

（一）要解決的技術問題

本發明的目的是如何提供一種在主用戶多電平環境下基于多數人投票原則的認知無線電系統聯合頻譜感知的決策融合方法，不需要主用戶的先驗知識，通過各個次用戶獨立檢測結果匯總的決策向量進行決策融合。

（二）技術方案