[發明專利]基于最優中繼的自適應協作頻譜感知方法和系統

有效

• 申請號: 201510129218.1
• 申請日: 2015-03-23
• 公開（公告）號: CN104796899B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 張學軍;魯友;嚴金童;田峰;成謝鋒
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W16/10
• 分類號: H04W16/10;H04W48/20;H04W52/02
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

本發明公開了基于最優中繼的自適應協作頻譜感知方法和系統，該方法兼顧感知性能和感知能耗。系統工作過程分為：獨立感知，每個認知用戶獨立接收主用戶信號，并根據機會中繼門限判定是否需要中繼協助；中繼選擇，非中繼用戶根據效益函數選擇滿足一定條件的最優中繼，并協作進行本地判決；傳輸及融合，符合條件的認知用戶傳輸本地判決結果至融合中心，融合中心判決全局結果；反饋階段，根據系統本輪的整體感知情況反饋相應信息至控制中心，并以此調整系統參數。

技術領域

本發明涉及一種基于最優中繼的自適應協作頻譜感知方法和系統，屬于計算機無線通信技術領域。

背景技術

計算機無線通信和個人通信在過去幾十年間得到了飛速地發展，各種系統結構、協議標準和網絡架構層出不窮。隨著無線通信業務的快速增長，日益增長的頻譜需求與有限的頻譜資源之間的矛盾，已成為制約無線通信發展的主要瓶頸之一。而世界各國現行的頻率使用政策除分配極少的ISM開放頻段之外，大多采用許可證制度，即授權用戶使用規定頻段，非授權用戶不得使用。而且研究表明，授權頻譜的實際利用率較低。因此，不管技術上怎么提高頻譜利用率，只要授權用戶暫時未用規定頻段，分配給該用戶的頻率資源就被浪費了。為了在這樣一個動態的環境中更充分地利用已分配的頻率資源，認知無線電技術應運而生。它可以在對現有授權用戶只造成一定限制干擾前提下有效地利用頻譜空洞。頻譜感知的目的在于快速發現頻域、時域和地域上動態出現的頻譜空穴，以供認知用戶機會方式利用頻譜。同時，為了不對主用戶造成干擾，認知用戶在利用頻譜空穴進行通信的過程中，需要能夠快速感知出主用戶的再次出現，及時進行頻譜切換，騰出信道供主用戶使用，或者繼續使用原來頻段，但是需要調整傳輸功率或者改變調制方式來避免干擾。頻譜感知主要是物理層的技術，是頻譜管理、頻譜共享和頻譜移動性管理的前提。

現有的頻譜感知方法主要有：匹配濾波器檢測，能量檢測和循環平穩特征檢測。其中，匹配濾波器檢測需要認知用戶已知主用戶發射信號的有關信息(如，調制方式，脈沖波形等)；循環平穩特征檢測的計算復雜度過高，并且需要較長的觀察時問以提取信號的特征信息；相比之下，能量檢測具有實現簡單，無需系統額外信息的優點。不過，在實際的無線傳播環境中，非協作感知因單個檢測用戶的衰落和噪聲等不利因素，容易導致其檢測結果與實際情況產生偏差。為了進一步提高檢測精度，同時又不過分增加設備復雜度，人們提出了協作頻譜感知技術研究，利用認知用戶間的相互協作，可以有效消除陰影衰落的影響，降低單個認知用戶的檢測要求。協作感知從多個分布式的認知用戶收集感知數據，通過處于不同地理位置的多個認知用戶間的彼此協作，削弱外界不利因素對單個認知用戶所造成的負面影響，最終提高認知無線電系統的檢測性能。

傳統協作檢測主要有本地檢測、數據傳輸和數據融合等算法，其本質僅是針對已得本地結果的融合，當感知信道較差時往往難以保證本地結果的準確性和真實性。考慮到本地檢測過程中的進一步協作可以提高認知系統的檢測性能，基于中繼協作的頻譜感知技術得到了廣泛關注。現有許多中繼協作算法難以兼顧感知性能和感知能耗。而本發明能夠很好地解決上面的問題。

發明內容

本發明目的在于針對現有認知系統中感知信道存在衰落和中繼能耗較大的問題，提出一種基于最優中繼的自適應協作頻譜感知方法，該方法通過機會中繼協作、基于效益函數的最優中繼協作和系統參數自適應調整機制，獲得性能與能耗的優化折中。該方法是基于如下內容：1、基于給定的檢測性能指標，理論上推導了認知節點機會中繼的判決門限,從而為多節點中繼感知系統的自適應中繼機制提供理論基礎。2、定義效益函數作為選取最優中繼的標準。該函數同時考慮到中繼協作的檢測性能和中繼協作的能耗。降低了單個中繼承擔整個系統轉發任務的風險。3、引入反饋機制。根據系統本輪整體感知性能反饋系統參數的調節信息，使下一輪感知更加符合認知需求，具有一定魯棒性。