[發明專利]一種認知無線電系統中基于用戶間協作的PUEA檢測方法

在審

• 申請號: 201610240207.5
• 申請日: 2016-04-18
• 公開（公告）號: CN105743594A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 張國梅;江俊安;呂剛明;李國兵
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04B17/391
• 分類號: H04B17/391;H04B17/382;H04W16/14;H04B17/309;H04B17/10;H04B1/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李宏德

技術領域

本發明涉及無線通信領域中認知無線電系統的頻譜感知方法，具體為一種認知無線電系統中基于用戶間協作的PUEA檢測方法。

背景技術

隨著無線通信技術的發展，無線頻譜資源的匱乏問題顯得愈加凸顯。傳統的頻譜分配方式是將頻譜固定的分配給特定的授權用戶(PrimaryUser，PU)，即主用戶；然而很多已分配的頻譜長期處于空閑的狀態，所以固定的頻譜分配方式的頻譜利用率非常低。認知無線電被認為是解決頻譜資源匱乏與低效利用的有效途徑。在認知無線電網絡中，非授權用戶(SecondUser，SU)即次級用戶，通過感知頻譜的使用狀態，動態的、自適應的改變自身的傳輸參數，當頻譜處于空閑狀態時擇機的接入頻譜，從而有效的提升頻譜的利用效率。

頻譜感知是認知網絡得以正常工作的基本前提,其目的在于正確獲得頻譜的使用狀態,從而在不影響PU正常通信的前提下擇機的使用目前處于空閑狀態下的頻譜。然而，正是因為認知網絡中未知的無線設備可以接入頻譜的這種特點，使得認知網絡面臨著更加特殊的安全問題。仿冒主用戶攻擊(PrimaryUserEmulationAttack，PUEA)是其中的一種常見形式：系統中存在的某些惡意用戶(MaliciousUser，MU)出于敵對的目的，在PU不占用信道時，模仿PU的信號特征(調制方式，編碼方式，功率等)發送信號，使得合法的SU誤以為PU正在占用頻譜并避免使用該頻段，從而大大降低了頻譜效率。傳統的頻譜感知方案將不再適用于PUEA存在的場景：攻擊信號的存在使得SU在信道忙碌時無法通過傳統方法判斷是PU還是MU占用信道，從而無法正確的對SU進行功率分配，讓其接入頻譜。為了不對PU產生影響，同時又能最大化的利用空閑的頻譜資源，在存在PUEA的情況下，SU對PUEA的正確檢測具有重要的意義。

對PUEA的正確檢測是提升頻譜感知結果可信度的前提之一,而對于PUEA檢測的核心問題是區分PU的信號和MU的信號?，F階段的處理方案大致分為兩類：基于定位的檢測方案與非定位的檢測方案。基于定位的檢測技術是假設SU已知主發射端(PrimaryTransmitter，PT)的位置，通過用戶間的協作，對信號的發送者進行定位，并比較信源的位置是否與PT的位置相同來判斷信號的發送者是PT還是MU。這類方法的實現有兩種途徑，一種是給認知網絡配備精確的時鐘以及天線陣列，通過到達角或到達時間差來實現對信源的定位；另一種途徑是內置一個專用的傳感器網絡，通過接收信號強度對信源進行定位?；诙ㄎ坏姆桨感枰獙φJ知網絡進行改造，從而帶來昂貴的開銷，并且當MU在主發射端附近時檢測效果較差。

非定位的方案主要是根據信號特征進行區分，最易于實現的是能量檢測的方案，能量檢測假設主發射端的發射能量已知，根據檢測統計量與判決門限進行對比，通常PU的信號能量大于PUEA，因此，如果檢測統計量大于門限，則認為PU占用信道。傳統的能量檢測方案假設MU與PU的信號功率不同，然而MU易于模仿PU的信號功率，所以，傳統能量檢測方案受到了很大的限制。另外已有學者提出了能量指紋的方案對PUEA進行檢測，通過比較接收信號能量與數據庫中的信息來確定信源，該方案存儲量很大，并且在出現錯檢的情況下對數據庫的更新將會使得數據庫中的數據偏離正確值。其他非定位的方案包括加密以及循環特征檢測等，加密方案需要很高的計算復雜度，而循環特征檢測基于PUEA信號與PU信號具有不同的循環特征來進行判定，然而當MU可以實現對PU信號的攔截并模仿PU信號的特征時，該方案將不再適用。所以研究PUEA場景下的頻譜感知方案是非常有意義的。并且傳統的能量檢測方案要求惡意用戶的發射功率與主用戶的信號功率不在一個量級上，并且對兩種信號的路徑損耗進行了不同的建模，才能實現對PUEA的檢測，其應用場景較為理想化，實際情況下，如果惡意用戶的發射功率較大，或者距離次級用戶較近都會出現很高的錯檢概率。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種認知無線電系統中基于用戶間協作的PUEA檢測方法，適應范圍廣，檢測成功率高，計算簡單，準確可靠。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種認知無線電系統中基于用戶間協作的PUEA檢測方法，包括如下步驟，

步驟一，任意選取認知無線電系統中的兩個次級用戶對當前接收信號進行采樣，得到被選取的兩個次級用戶的能量檢測值；

步驟二，根據步驟一得到的兩個能量檢測值，通過用戶間協作，得到能量檢測統計量和d_Y分別如下式所示；