[發(fā)明專利]基于集成學(xué)習(xí)的全雙工認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)合作頻譜感知方法

有效

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• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108242961B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚其楨;朱琨;王然;鄧海
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H04B17/382
• 分類號: H04B17/382;H04B17/391
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

本發(fā)明公開了一種基于集成學(xué)習(xí)的全雙工認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)合作頻譜感知方法，其特征是，包括如下步驟：步驟1：根據(jù)次用戶的泊松點(diǎn)過程的分布，隨機(jī)產(chǎn)生區(qū)域內(nèi)各次用戶的位置；步驟2：根據(jù)全雙工認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中合作頻譜感知的工作特點(diǎn)，構(gòu)建系統(tǒng)架構(gòu)；步驟3：基于全雙工模式下出現(xiàn)的自干擾和多信號源問題，建立與網(wǎng)絡(luò)模型相適配的次用戶能量檢測模型；步驟4：分析訓(xùn)練集中能量級向量的統(tǒng)計屬性；步驟5：選擇單層決策樹為弱分類器，通過計算每個訓(xùn)練數(shù)據(jù)權(quán)值系數(shù)和每個弱分類器系數(shù)建立強(qiáng)分類器。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：提升了系統(tǒng)的合作頻譜感知性能，也增加了無線頻譜資源的利用率，提高了認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于集成學(xué)習(xí)的全雙工認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)合作頻譜感知方法，屬于無線電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展和無線通信系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，頻譜需求與資源匱乏之間的矛盾已成為制約移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、D2D通信、M2M通信等新興無線通信業(yè)態(tài)發(fā)展的瓶頸之一。無線通信業(yè)務(wù)的發(fā)展越來越趨向多元化，用戶對通信的要求也越來越高，導(dǎo)致頻譜資源匿乏的問題日趨嚴(yán)重。面對如此嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，無非有兩種現(xiàn)有的應(yīng)對措施，一方面，業(yè)界將目光瞄準(zhǔn)毫米波、可見光頻段，試圖尋找更多的無線頻譜資源，但受傳播特性限制，高頻段無線電波很難滿足寬覆蓋要求；另一方面，致力于提高對現(xiàn)有無線頻譜資源的利用率。

認(rèn)知無線電技術(shù)(Cognitive Radio,CR)作為能有效緩解頻譜資源緊張現(xiàn)狀的重要技術(shù)，成為近年來學(xué)術(shù)界和工業(yè)界共同的研究熱點(diǎn)。例如由電氣和電子工程師協(xié)會(Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE)制定的稱之為“WRAN”的802.22協(xié)議、美國國防高級研究計劃局(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA)提出的NeXt Generation項(xiàng)目以及微軟和谷歌共同承接的White Space Coalition(WSC)項(xiàng)目。而合作頻譜感知(Cooperative Spectrum Sensing,CSS)作為認(rèn)知無線電中最核心的技術(shù)之一，通過次用戶之間的協(xié)作實(shí)現(xiàn)對授權(quán)頻譜的感知，能有效提高頻譜利用率。全雙工(Full-Duplex,FD)通信的引入使得認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的各次用戶在相同區(qū)域?qū)崿F(xiàn)同時同頻的頻譜感知和數(shù)據(jù)傳輸，在利用主用戶授權(quán)頻段發(fā)送數(shù)據(jù)的同時也能感知主用戶的活躍狀態(tài)，以便當(dāng)主用戶重新占用信道時次用戶及時退出主用戶的工作信道，大大降低了對主用戶造成的干擾，理論上可成倍提高頻譜利用率。

合作頻譜感知性能很大程度上決定了整個次級網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和頻譜資源的利用率。一方面，合作頻譜感知的性能反應(yīng)了次用戶發(fā)現(xiàn)空閑頻譜的能力，性能越高，則其接入空閑頻譜的機(jī)會就越大；另一方面，合作頻譜感知的性能反應(yīng)了次用戶對主用戶的保護(hù)能力，感知性能越好說明其能很好的解決多徑衰落和隱終端問題，從而能夠避免造成對主用戶的干擾。合作頻譜感知可以以集中式或者分布式的合作方式來實(shí)現(xiàn)。在集中式實(shí)現(xiàn)方式中，認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的融合中心或者基站負(fù)責(zé)搜集來自所有次用戶的感知數(shù)據(jù)，進(jìn)而執(zhí)行合作頻譜感知過程；而在分布式實(shí)現(xiàn)方式中，次用戶之間需要進(jìn)行信息交互來完成頻譜感知。

現(xiàn)有的頻譜感知技術(shù)可分為三類：主用戶發(fā)射機(jī)檢測，主用戶接收機(jī)檢測以及干擾溫度檢測。由于主用戶接收機(jī)檢測和干擾溫度檢測的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較高，所以到目前為止大多數(shù)與頻譜感知相關(guān)的研究工作集中在對主用戶發(fā)射機(jī)進(jìn)行檢測上。現(xiàn)有的基于主用戶發(fā)射機(jī)檢測的頻譜感知技術(shù)主要包括基于能量檢測的感知，基于波形的感知，基于循環(huán)平穩(wěn)的感知，基于無線信號標(biāo)識的感知，基于匹配濾波的感知等等。其中，基于能量檢測的頻譜感知算法不需要預(yù)先知道主用戶信號的特征(如信號調(diào)制方式、導(dǎo)引信號等)，而且計算復(fù)雜度很低，易于實(shí)現(xiàn)，因此吸引了大量研究者的目光，成為目前相關(guān)研究成果最多的頻譜感知技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于集成學(xué)習(xí)的全雙工認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)合作頻譜感知方法，提升了系統(tǒng)的合作頻譜感知性能，也增加了無線頻譜資源的利用率，提高了認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。