[发明专利]一种基于遗传算法的并行合作频谱感知的方法

说明书

技术领域

本发明属于认知无线电频谱感知技术领域，具体涉及一种基于遗传算法的并行合作频谱感知的方法。

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策略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，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，为了减少感知时长，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策略，即哪些认知用户在何时检测哪些子信道以及感知时长的确定，以达到最大的系统吞吐量。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,vol.59,pp.4079-4092,2010一文提出一种并行合作频谱感知策略，该策略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-MILCOM 2011,2011,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策略，但是该策略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分别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策略，但是这两种策略只考虑检测的准确性，而没有考虑系统吞吐量的问题。且以上文献均没有考虑到感知时长选取的问题。感知时长的设定是频谱感知的重要问题，感知时长的长短直接决定着感知的准确性和系统的吞吐量。针对这个问题，文章Liang Y C,Zeng Y H,Peh E C Y,et al.Sensing-Throughput Tradeoff for Cognitive Radio Networks,Wireless Communications,IEEE Transactions on,2008,7(4):1326-1337详细分析了感知时长和吞吐量之间的权衡问题，但文献只针对单信道进行讨论，对于多个异构信道的情况并不适用。文章Beibei W,Liu K J R,Clancy T C.Evolutionary cooperative spectrum sensing game:how to collaborate？Communications,IEEE Transactions on,2010,58(3):890-900利用博弈论对各节点的感知时长和参加感知的概率进行优化，但该方法感知对象是一个宽带中的若干个子频带，其中各子带的占用情况和带宽均相同，属于同构信道，对于各信道占用情况和带宽可能均不相同的异构信道的感知并不适用。另外，该方法假设各节点对各信道感知的信噪比均相同，由于各节点位置和自身特性的不同，该假设并不符合现实场景。