[发明专利]一种节省网络通信开销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领域。尤其涉及一种在认知无线电网络中利用认 知无线电用户的置信度，减少感知节点能量消耗和降低网络通信开销的合作 频谱感知方法。

背景技术

认知无线电技术能够有效利用频谱资源，缓解当前存在的无线资源短缺 问题，因此成为研究的热点，受到了广泛的关注。认知无线电技术要求无线 电用户具备认知功能，通过感知周围环境中的频谱使用情况，发现可用的频 谱空洞，在不影响主用户通信的前提下，利用这些频谱空洞进行传输。

频谱感知是认知无线电技术实现的首要环节，感知性能的好坏，会影响 到整个认知系统的性能。若认知无线电用户发现某个频带没有被主用户占用， 则可以以一定的策略使用该频带进行传输，从而充分利用频带资源；而如果 认知无线电用户发现自己正在使用的频带内有主用户接入，则必须马上停止 使用该频带以免干扰主用户的正常通信。目前，常用频谱感知技术主要分为 三类：能量检测技术、匹配滤波技术以及循环平稳特性检测技术。基于能量 检测的频谱感知技术有着实现简单、不需要先验信息的优点，在不能获得主 用户的充足信息时，能量检测依然能正常工作，因此其应用场景较广。

多个认知无线电用户通过合作的方式进行频谱感知可以减小单个认知无 线电用户感知结果的不确定性，从而达到更好的感知性能。目前的合作频谱 感知框架中，一般都需要认知无线电用户将本地频谱感知的结果发送给数据 融合中心，由数据融合中心对各个用户的感知结果进行融合并根据融合结果 得出对频谱使用情况的判决；数据融合中心对频谱使用情况做出判决后，需 要将该判决结果广播给认知无线电网络中的认知无线电用户。可见，合作频 谱感知在获得较好的频谱感知性能的同时，增加了认知无线电网络的通信开 销；对认知无线电用户而言，进行合作频谱感知和不进行合作相比，由于向 融合中心发送了本地感知结果，消耗了更多的能量。

合作频谱感知需要利用认知无线电用户的感知结果，但并非每个用户的 感知结果都有助于提高合作感知的准确性。考虑以下两种情况：一是认知无 线电用户正处于严重的深衰落中；二是认知无线电用户遭受了主用户仿真攻 击。在第一种情况下，即使感知频带正被主用户占用，但由于深衰落的原因， 认知无线电用户会感觉不到或者只能感知到很小的主用户信号，它的感知结 果将使数据融合中心倾向于做出相应频带未被主用户占用的判决；在第二种 情况下，即使感知频带并未被主用户所使用，但是由于恶意用户伪装成主用 户使用或者干扰了该频带，使得认知无线电用户感知到较强的主用户信号， 那么它的感知结果将使数据融合中心倾向于做出相应频带已被主用户占用的 判决。在这些情况下，相应认知无线电用户所发送的本地感知结果并不能提 升合作感知的性能。如果能够找到一种方法，避免类似的无意义的本地感知 结果的发送，就能在不影响合作感知性能的前提下，降低认知无线电网络的 通信开销；对于认知无线电用户而言，避免了不必要的消息发送，从而节省 了用于发送这些消息的能量。

发明内容

本发明针对认知无线电网络中合作频谱感知引入的不必要的通信开销和 能量消耗问题，提供一种基于认知无线电用户置信度的减少感知节点能量消 耗和降低网络通信开销的合作频谱感知方法。

本发明方法中认知无线电用户使用能量检测技术对目标频段进行频谱感 知，得到本地感知结果；数据融合中心收集各个认知无线电用户的本地感知 结果并对这些感知结果进行融合，根据融合结果做出对频谱使用情况的判决， 得到合作感知的判决结果。数据融合中心和各个认知无线电用户之间通过控 制信道进行消息交互，认知无线电用户利用控制信道发送本地频谱感知结果 及相关控制信息，而数据融合中心利用控制信道发送合作感知的判决结果及 相关控制信息。

本发明方法中认知无线电用户根据本地频谱感知结果和数据融合中心对 频谱使用情况的判决信息，更新认知无线电用户的置信度。所述认知无线电 用户的置信度是指认知无线电用户自身对频谱使用情况的本地判决结果与合 作感知的判决结果的契合程度。认知无线电用户的置信度计算公式如下：

c_i＝Num_matched(i)/l，i＝1，2，…，K；l＞0