[發明專利]一種基于感知性能的單信道能效頻譜感知方法

有效

• 申請號: 201610541872.8
• 申請日: 2016-07-06
• 公開（公告）號: CN107592171B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 牛英滔;李微;宋曉勤;陳建忠
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H04B17/382
• 分類號: H04B17/382
• 代理公司: 北京睿博行遠知識產權代理有限公司 11297
• 代理人: 劉桂榮

1.一種基于感知性能的單信道能效頻譜感知方法，其步驟為：第一，建立認知無線電頻譜感知二元假設模型:

假設環境中存在一個主用戶(PU)和一個次用戶(SU)，且它們共享同一個信道；主用戶具有頻譜接入的優先權，次用戶為認知無線電用戶，采用能量檢測法對頻譜進行感知，能夠感知信道是否被主用戶占用；次用戶周期性地對信道進行感知，若信道空閑則利用信道進行數據傳輸，每個周期中感知時間為τ_S，數據傳輸時間為T；根據信道是否被主用戶占用，信道存在兩個狀態，即空閑狀態和忙狀態，故感知問題可表示為下述二元假設：

式中，H₀表示信道空閑；H₁表示信道被主用戶占用；w(n)表示獨立同分布的零均值加性高斯白噪聲，其方差為h(n)表示信道增益；s(n)表示主用戶信號；

第二，推導認知無線電用戶傳輸一個數據包所需的感知總能耗與感知時間的關系：

根據能量檢測相關理論，次用戶對主用戶的檢測概率可表示為：

式中Q(·)為互補累積分布函數，即Q函數，f_s為采樣速率；對主用戶檢測的虛警概率可表示為：

因此，當前信道感知為忙的概率P_b表示如下：

P_b(τ_s)＝(1-ρ)P_f(τ_s)+ρP_d(τ_s) (4)

式中ρ是主用戶占用信道的概率；次用戶在該信道的傳輸概率P_t可表示為：

P_t＝1-P_b(τ_s) (5)

次用戶完成時長為S的數據包的傳輸所需要的平均時間為T_s＝S/P_t，則完成一個數據包傳輸需要的感知次數如下：

式中為向上取整運算，T為次用戶每個感知周期中用于傳輸的時間；因此可得傳輸一個數據包的感知總能耗為：

J(τ_s)＝N(τ_s)τ_sE_s (7)

式中E_s為次用戶單位時間的感知能耗；

第三，將所要求的感知性能作為約束條件，計算傳輸一個數據包所需的最小感知能耗：

在滿足檢測概率和虛警概率要求的前提下，次用戶傳輸一個數據包所需的最小感知能耗可表示為如下的優化問題：

式中J(τ_s)是完成一個數據包傳輸所需的感知能耗，P_d(τ_s)、P_f(τ_s)分別為感知時間τ_s下的檢測概率和虛警概率，P_dt、P_ft分別為所要求的檢測概率和虛警概率；

根據優化問題的約束條件，當采樣頻率f_s固定時，求解滿足式(8)約束條件的感知時間；將式(2)和式(3)分別代入不等式P_d(τ_s)≥P_dt和P_f(τ_s)≤P_ft，均可得到：

式中γ為次用戶接收主用戶信號時的信噪比；

由于在能量檢測中，感知能耗與感知時長成正相關關系，感知時長越短，感知能耗越小；故為使傳輸一個數據包的感知總能耗最小，在滿足約束條件情況下，應取感知時間為式(9)中的最小值：

將式(10)表示的最小感知時間代入式(7)中，得到傳輸一個數據包所需的最小感知能耗：

因此，次用戶根據式(10)給出的感知時間進行感知，將在滿足所要求的檢測概率和虛警概率前提下，獲得最低感知能耗。