[发明专利]一种认知无线电并行合作频谱感知方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种认知无线电频谱感知技术领域的并行合作频谱感知方法。

(二)背景技术

随着人们对无线通信需求的迅速增长，频谱资源紧缺的问题日益严重。传统的固定频谱分配方法已经不能满足人们对频谱日益增长的需要。认知无线电技术改变以往固定的频谱分配方式，使非授权用户可以在不影响授权用户的情况下灵活使用频谱，为解决频谱资源紧缺的问题提供了一种有效的解决方案，是未来通信发展的必然趋势。

认知无线电实现的关键和前提是有效的频谱感知技术。合作频谱感知技术是目前广泛采用的频谱感知方法，它通过将多个处于不同位置的单节点的检测结果进行收集和处理，得到频谱的占用情况，从而能够有效地解决由于信道衰落和阴影效应导致的单节点感知结果不准确的问题。对于具有多个子信道的频谱感知，为了减少感知时间和系统开销，往往需要多个认知用户同时检测不同的子信道，达到在一个检测周期获得多个子信道占用情况的目的，即并行合作频谱感知技术。在并行频谱感知技术中，最重要的问题是确定感知方法，即哪些认知用户在何时检测哪些子信道，以达到最大的系统效益。针对该问题，Sheng Li Xie，Yi Liu，Yan Zhang，Rong Yu，″A parallel cooperative spectrum sensing in cognitive radio networks，″IEEE Transactions on Vehicular Technology，vo1.59，pp.4079-4092，2010一文提出一种并行合作频谱感知方法，该方法能够最优的选择参加频谱感知的认知用户数及判决门限值，但没有考虑不同用户对不同子信道感知性能的差异。Behzad Shahrasbi，Nazanin Rahnavard，″Cooperative parallel spectrum sensing in cognitive radio networks using bipartite matching，″in Military communications conference，2011-MILCOM2011，2011，pp.19-24一文将并行合作频谱感知问题等效成一个二分图求最优匹配的问题，利用匈牙利算法得到最优的频谱感知方法，但是该方法仅考虑一个子信道仅由一个用户感知的情况，由于信道衰落和阴影效应的影响，单个用户的感知结果可能并不准确。文章Wang Zaili，Feng Zhiyong，Zhang Ping，″An Iterative Hungarian Algorithm Based Coordinated Spectrum Sensing Strategy，″IEEE Communications Letters，vol.15，pp.49-51，2011和文章Zai Li Wang，Zhi Yong Feng，Di Zhang，Jian Tao Xue，Ping Zhang，″Optimized strategies for coordinated spectrum sensing in Cognitive Radio Networks，″in2011Sixth International ICST Conference on Cognitive Radio Oriented Wireless Networks and Communications(CROWNCOM)，2011，pp.96-100分另提出了使用迭代匈牙利算法和迭代Kuhn-Munkres(KM)算法进行并行频谱感知的方法，但是这两种方法只考虑检测的准确性，而没有考虑感知开销和系统效益的问题，而且由于该方法没有完善的终止条件，导致需要较多的认知用户来进行频谱感知，这将会严重增加认知用户的能量消耗，以及增大系统的虚警概率。

(三)发明内容

为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种认知无线电并行合作频谱感知方法，该方法可以克服现有并行合作频谱感知方法仅考虑检测准确性和需要较多用户进行感知的不足，在充分考虑感知开销和系统效益的基础上，最优的确定感知方法。

本发明所采用的技术方案是：该认知无线电并行合作频谱感知方法包括下列系统模型：

在一个由一个融合中心和N个认知用户构成的集中式认知无线电网络中，感知对象为M个子信道；

定义感知开销为认知用户因频谱感知任务所减少传输的数据量，设R_crⁿ为认知用户n的传输速率，其中n＝1，2，...，N，则认知用户n的感知开销Oⁿ为