[發明專利]一種基于雙門限能量檢測的協作寬帶頻譜感知方法

在審

• 申請號: 201611244166.3
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106656374A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 王全全;王愷;于新泉
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04B17/382
• 分類號: H04B17/382;H04W16/14
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 朱小兵,劉莎

技術領域

本發明涉及一種認知無線電頻譜感知方法，尤其涉及一種基于雙門限能量檢測的協作寬帶頻譜感知方法。

背景技術

隨著無線通信技術的迅猛發展，各類無線通信系統及業務的出現使得無線頻譜資源日趨緊張，而與之形成強烈反差的則是無線頻譜資源在使用上的不均衡性，已授權頻譜的使用率較低，時間和空間上均存在著大量的空閑頻譜。認知無線電(Cognitive Radio，CR)技術是一種通過感知外界無線電環境，實時地改變某些系統參數(如傳輸功率、載波頻率、調制編碼方式等)，以達到在任何時間、任何地點都能保證高可靠性的智能無線通信系統。認知無線電系統將授權頻譜的用戶稱為主用戶，共享頻譜的用戶稱為次用戶，次用戶通過發現授權頻段的空閑頻譜，并伺機地接入使用，從而能夠大大提高頻譜的利用率。

頻譜感知技術是CR系統中次用戶對空閑授權頻段進行有效識別的重要保證，同時也是CR系統完成頻譜管理、共享及信息可靠傳輸的前提。近年來隨著第五代移動通信、物聯網及車聯網等技術的興起，頻譜感知技術也在朝著寬帶化和協作化的方向發展。寬帶頻譜感知的感知頻段范圍一般可達數個GHz，系統中的次用戶在當前已接入信道檢測到主用戶信號后，能夠切換到其它空閑信道繼續通信。多用戶協作頻譜感知則能有效克服無線信道中存在的多徑衰落、陰影效應和噪聲功率不確定性等因素的影響，并可降低對寬帶信號先驗信息的依賴，進一步提高檢測性能。

目前的協作寬帶感知大都基于傳統的能量檢測法，在信噪比較低或噪聲變化劇烈的場景下，系統的檢測性能下降顯著。

發明內容

在寬帶通信場景下，CR系統中的次用戶在對授權頻段進行檢測時，若根據奈奎斯特準則，需以大于2倍信號帶寬的速率采樣，會帶來較高的采樣開銷和能耗，且對接收端模/數轉換器的硬件實現提出了很高要求；在頻譜感知中被廣泛采用的能量檢測法因其判決門限根據噪聲水平而確定，故對環境噪聲較為敏感，在低信噪比場景下的檢測性能較差。

本發明涉及了一種基于雙門限能量檢測的協作寬帶頻譜感知方法，可有效解決當感知到的信號能量值處于判決門限值附近時而發生的誤檢問題，在低信噪比場景下能夠展現良好的性能，提高CR系統對于空閑授權頻段的利用效率。

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于雙門限能量檢測的協作寬帶頻譜感知方法，是一種應用于寬帶低信噪比場景下的多用戶協作的頻譜感知方法，能夠為CR網絡中的次用戶提供較好的檢測性能。本發明中，CR網絡中的次用戶在對寬帶授權頻段進行檢測前，先將整個寬帶頻段劃分為若干個窄帶子信道并感知其中的少數幾個，每個子信道上均采用雙門限能量檢測法進行頻譜感知，各個子信道的感知結果被上傳至次用戶處，每個次用戶將這些感知結果融合并做出本地判決，再將判決結果上傳至CR網絡中的數據融合中心，數據融合中心將網絡中次用戶做出的本地判決依照“或”準則進行數據融合，做出最終的全局判決。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

本發明提供一種基于雙門限能量檢測的協作寬帶頻譜感知方法，具體步驟如下：

步驟1，認知無線電網絡的次用戶感知寬帶授權頻段時，將該頻段劃分為N個子信道；

步驟2，次用戶采用雙門限能量檢測法對其中的K個子信道進行感知，其中，1≤K＜N，具體過程為：

2.1，根據系統預設的虛警概率P_f求得次用戶的本地判決門限值λ，并結合次用戶處的噪聲不確定度ρ求得雙門限能量檢測的兩個門限值：較低門限值λ_L和較高門限值λ_H；

2.2，次用戶對K個子信道作能量檢測，將第i個子信道的接收信號的能量觀測值Y_i分別與λ_L、λ_H進行比較，若0≤Y_i＜λ_L，則判決該子信道上不存在主用戶信號，上傳判決結果0；若Y_i＞λ_H，則判決該子信道上存在主用戶信號，上傳判決結果1；若λ_L≤Y_i≤λ_H，則上傳Y_i至次用戶處；其中，i∈[1,K]；

2.3，次用戶將接收到的K-k個能量觀測值相加后得到結果d，再將d與λ進行比較，若0≤d＜λ則得出判決結果0，若d≥λ則得出判決結果1，其中，k為2.2中判決結果的個數；

2.4，若2.3得到的判決結果與2.2得到的k個判決結果之和小于1，則得到該次用戶處的本地判決結果為0，否則該次用戶處的本地判決結果為1；