[发明专利]认知无线电合作频谱感知实验平台以及合作感知方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种认知无线电频谱感知技术，尤其涉及一种认知无线电合作频谱感知实验平台以及合作感知方法。

背景技术

随着无线通信业务和设备的激增，无线电频谱资源日趋紧张，传统的频谱管理方式受到了极大的挑战。认知无线电(CR，Cognitive Radio)技术能够实现空闲频谱的二次利用，为有效解决当今无线网络中频谱资源紧张与频谱利用率不高这一矛盾开辟了新的途径。

认知无线电是在软件无线电基础上发展起来的一种新型通信技术。它通过对周围电磁环境进行频谱感知，得到授权网络的当前频谱“空洞”，调整无线传输参数并且机会式地接入，既避免了对该频段上的授权用户的干扰，又保证了认知设备的传输。认知无线电的一个关键技术和实现前提就是如何快速和准确的频谱感知。目前的频谱感知策略主要有能量检测、匹配滤波法、信号周期特性检测等方法。

在CR的实际应用场景中，由于认知用户(即使用CR技术的用户)与授权用户间无任何交互信息(CR透明性原则)，加之无线环境的阴影、多径、噪声不确定等不利因素的影响，仅凭单个认知用户的单一频谱感知策略通常无法对微弱授权信号进行高可靠性和强实时性的检测，隐藏终端问题一直是频谱感知中亟待解决的问题。合作频谱感知是有效解决上述问题的方法之一，它通过一个公共信道对多个CR独立的判决信息进行融合，来提高频谱检测的精度和实时性，能有效的解决频谱感知中的隐藏终端问题。

然而，现存的合作频谱感知方法，面临着以下问题：

(1)每次频谱感知都需要大量的认知用户参与。频繁的感知会消耗认知用户大量的能量，从而大大减少了认知用户的寿命；同时，参与频谱感知的用户还将失去大量的传输时间。这样并没有充分利用授权网络的频谱“空洞”，因此制约了认知网络的吞吐量。

(2)由于认知用户位置的移动，每次判决信息的可信度都是变化的，造成了控制中心数据融合的困难。实际技术中常用的几种简单、实用的数据融合方式并不能保证最终的感知结果的正确性。

此外，在802.22的标准草案中，也没有给出合作频谱感知的具体实现方法。目前，基于合作频谱感知的研究，大都集中在如何进行数据交互和信息处理上，提出的方法大多都比较复杂，难于应用于实际。而在如何避免认知用户频繁的中断传输去频谱感知，从而提高认知网络的吞吐量，延长认知用户的寿命，同时降低数据融合的复杂性等方面，却很少涉及。

鉴于上述现有技术的合作频谱感知中存在的问题，需要一种能避免认知用户频繁的中断传输去频谱感知，提高认知网络性能，同时降低数据融合的复杂性的合作频谱感知技术。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种认知无线电合作频谱感知实验平台以及合作感知方法，通过结合能量检测、匹配滤波检测，准确、实时地找出当前的频谱“空洞”并通过网关接口提供给该区域中的认知用户，并能及时检测到授权用户的出现。另外在此基础上，本发明设计了一个简单、实用的信道分配协议来尽可能地减少频谱切换过程中认知用户传输速率的下降。

为实现上述目的，本发明提供了一种认知无线电合作频谱感知实验平台，其特征在于，包括能量检测节点、匹配滤波感知节点、中心节点、网关接口和频谱池；所述能量检测节点、所述匹配滤波感知节点、所述中心节点和认知用户被接入一个无线通信网络，并通过所述无线通信网络进行信息交互；所述能量检测节点采用能量检测进行频谱感知；所述匹配滤波感知节点采用匹配滤波检测进行频谱感知；所述中心节点通过所述无线通信网络发送控制信令；所述网关接口用于接受所述认知用户的信道请求登记和信道收回登记以及向所述认知用户广播信道分配结果；所述频谱池用于记录信道的状态，接收所述能量检测节点和所述匹配滤波感知节点的判决信息，以及对所述判决信息进行数据融合。

进一步地，所述信道的状态包括：所述信道是否被占用；占用所述信道的用户的类别，所述用户的类别包括授权用户和认知用户；以及所述认知用户的接入所述信道的时刻和退出所述信道的时刻。

进一步地，所述中心节点、所述网关接口和所述频谱池由计算机构成。

进一步地，所述能量检测节点包括射频前端、高速AD转化器、高速并行转接口电路、数字带通滤波器和能量检测器。

进一步地，所述匹配滤波感知节点包括射频前端、高速AD转化器、高速并行转接口电路、数字带通滤波器和匹配滤波检测器。

进一步地，所述高速并行转接口电路由可编程逻辑阵列芯片、可编程逻辑电路芯片或现场可编程逻辑阵列芯片构成。

进一步地，所述数字带通滤波器和所述能量检测器由数字信号处理芯片构成。