[發明專利]協作感知中基于公平和節能的認知用戶選擇方法

有效

• 申請號: 201710587638.3
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN107465471B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 趙林靖;董浩;張崗山;趙三文;張順
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04B17/336
• 分類號: H04B17/336;H04B17/382;H04B17/391
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 程曉霞;王品華

本發明公開了一種協作感知中基于公平和節能的認知用戶選擇方法，主要解決現有技術對協作感知中用戶選擇不公平和能量開銷大的問題。其技術方案是：1.在數據融合中心端構造性能函數；2.根據認知用戶在前一個時隙是否被選中，更新性能函數中認知用戶參與感知的權重；3.將更新后的權重帶入性能函數中求解性能函數中的系數；4.數據融合中心將獲得的系數帶入性能函數中，并計算所有用戶的性能函數值，將所有認知用戶的性能函數值從小到大排列，選擇出滿足系統檢測概率的認知用戶，并通過報告信道通知被選中的認知用戶在當前時隙期間參與協作感知。本發明提高了協作感知中認知用戶的選擇公平性，降低了能量開銷，適用于能量受限的認知無線網絡。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，主要涉及協作感知中認知用戶選擇方法，適用于能量受限的認知無線網絡。

背景技術

現代無線電通信中，由于頻譜資源是不可再生的、有限的，所以使其變的彌足珍貴。無線通信的發展也因此面臨瓶頸和嚴峻挑戰，主要表現在無線通信業務需求的快速增長與可用頻譜資源越來越稀缺之間的矛盾。認知無線電CR技術是一種智能的頻譜共享技術，通過檢測分析頻譜使用情況，在檢測到頻譜未被使用時進行數據傳輸，以達到更高的頻譜利用率。

頻譜感知是認知無線電技術的第一步也是關鍵的一步，只有進行了準確快速的頻譜感知才能保證后續工作的順利進行。協作感知由于可以克服單用戶檢測時受到的衰落、多徑、干擾、陰影效應以及接收機不確定性等因素的影響，成為目前研究的熱點。但是協作感知增加了參與感知的用戶數，給系統帶來了額外能量開銷和上傳本地感知結果的時延。在實際應用中，設備間由于地理位置，前端放大器的性能和天線個數及增益的不同，將導致協作感知中每個用戶的檢測性能也不相同。當檢測性能較差的用戶向數據融合中心上傳感知結果時，必定會影響整個系統的檢測性能，因此選擇用戶的不同，為系統帶來的增益也不相同。

因此，如何選擇合適的用戶參與感知，權衡系統能量開銷與感知性能是協作感知中的一個重要問題。目前已經有很多學者對協作感知中用戶選擇的問題做了廣泛研究，他們基本上都是為了使系統能耗最小的同時最大化系統檢測性能，但是很少有人考慮到用戶選擇的公平性問題。在實際場景中，每個用戶都不是無償為其他用戶提供服務的。當一個用戶被頻繁的選擇去參與協作感知時會迅速消耗它的能量，因此盡管很多方法可以為系統提供良好的檢測性能和消耗最小的能耗，但是對于被選擇的用戶來說這并不是公平的。

Wei Zhang等在IEEE Transactions On Wireless Communications，2009《Optimization of Cooperative Spectrum Sensing with Energy Detection inCognitive Radio Networks》一文中研究了協作感知中最優化感知用戶數的問題。與傳統的方法不同的是，該文獻研究的目標是最小化系統的虛警概率與漏檢概率之和，通過分析與仿真表明為了使系統的檢測性能最優化，并非是令所有的用戶參與感知，當參與感知的用戶數大于一個門限時，系統的檢測性能反而會下降。同時該文獻僅僅是從理論上分析了協作感知中不需要所有的用戶參與感知，但是它并沒有具體指出選擇哪些用戶參與感知，同時它在建立模型的時候假設所有用戶的檢測性能一樣，這樣的假設除了使問題簡化以外，并不具有實際應用價值。

A.Ghasemi等在IEEE Communication Magazine，2008《Spectrum sensing incognitive radio networks:Requirements,challenges and design trade-offs》研究表明，增加用戶數可以減少單個用戶的檢測靈敏度和檢測時間。然而需要注意的是，隨著用戶數的增加，信令交互階段的開銷也成比增加，同時，過多的增加用戶數并不能明顯提高系統的檢測性能。