[发明专利]一种认知无线电系统中的合作频谱感知方法

说明书

技术领域

本发明属于认知无线电技术领域，涉及一种多个认知无线电用户以合作 的方式对频谱空洞进行感知的方法。

背景技术

近年来，在无线技术的高速发展带来许多新服务的同时，无线频谱稀缺 的问题也更加明显，由于许多新技术的实现都需要以频谱资源为基础，所以 无线频谱稀缺已成为影响通信产业发展的瓶颈。一直以来无线频谱资源的使 用和管理都是由政府统一进行，目前可分配的频带已所剩无几，但是已有多 项研究表明在已经分配出去的无线频谱中，大多数频段的利用率低于25％， 有的频段利用率甚至不到10％。在这种情况下，能够有效利用频谱空洞实现 通信的认知无线电(Cognitive Radio)技术成为当前研究的热点。

认知无线电技术的目标是提高频谱利用率，使得具备认知功能的无线用 户能够智能地感知周围的环境，以伺机的方式使用未被主用户(Primary  User)使用的频谱资源来完成通信，同时不对主用户的通信产生影响。认知 无线电用户通过不断的感知无线环境，可以检测在自己的通信范围内某个频 段当前是否正在被主用户使用，如果发现该频段当前未被主用户使用，则表 示认知无线电用户可以使用该频段进行通信；一旦主用户需要使用某个频 段，则正在使用该频段进行通信的认知无线电用户必须立刻停止在该频段的 通信，继续寻找未被主用户使用的频段进行通信。

频谱感知是实现认知无线电技术的第一步，由于不能对主用户的通信造 成影响，同时又必须达到有效利用频谱空洞的目的，这就要求认知无线电用 户必须能够精确地感知主用户在各频段上的使用情况。目前常用的频谱感知 技术主要包括能量检测技术、匹配滤波检测技术和循环平稳特性检测技术。

能量检测技术具有对主用户信号需要先验信息最少以及简单实用的特 点，主要包含以下几个步骤：

(1)将接收信号通过带通滤波器，获得所要检测的目标频段的信号。

(2)将目标频段信号通过平方率器件，获得该信号功率估计。

(3)在某个固定的周期内对该信号的功率估计积分，得到目标频段内的 信号能量。

(4)将得到的信号能量值与某一门限进行比较，高于该门限则表示当前 该频段正在被主用户使用，低于该门限则表示当前该频段没有被主用户使 用。

考虑到单个认知无线电用户使用能量检测技术进行频谱感知的准确度较 低，以及提升单个用户感知准确度的成本太高等问题，有人提出了合作频谱 感知的方法。图1为认知无线电系统合作频谱感知示意图。参与合作的认知 无线电用户将对目标频段的主用户信号进行感知，将各自的本地感知结果发 送到认知无线电系统的控制中心，控制中心采用一定的融合算法处理收到的 本地感知结果，得到最终的判决结果。

目前提出的一些融合算法主要有似然比融合算法和线性融合算法，前者 检测性能好，但是实现复杂度高，很难用于实际的认知无线电系统，后者虽 然在性能上稍差于前者，但是实现相对简单。常见的线性融合算法有最大比 融合，等增益融合以及最优线性融合。不过，最大比融合算法和最优线性融 合算法都需要对无线感知信道特性进行实时估计，由于无线信道易受环境影 响，所以在实际中对信道特性进行实时估计需要的计算量较大，难以实用； 等增益融合算法虽然不需要对无线信道进行估计，但是这种方法没有考虑到 各个用户感知环境的差异性，例如各用户的感知信道特性不同，各用户的本 地接收信噪比不同等等。另一方面，常见的线性融合算法也没有考虑恶意认 知无线电用户对合作感知性能的影响。恶意认知无线电用户可以通过向控制 中心发送错误的本地感知结果来干扰正常的合作感知过程，导致系统产生错 误的判决。在恶意认知无线电用户的干扰下，这三种算法的性能都会下降， 随着恶意认知无线电用户所占比重的增加，这种影响会更加明显，也就失去 了合作的意义。

发明内容

本发明针对认知无线电系统中现有合作频谱感知方法一些问题，包括基 于最大比融合算法和最优线性融合算法的合作感知方法在实际中无法准确地 估计无线感知信道实时特性，基于等增益融合算法的合作感知方法没有充分 考虑用户感知环境的差异性，以及现有合作频谱感知方法不能够有效抵抗恶 意用户攻击等，提出一种基于用户可信度的线性融合合作感知方法。