[发明专利]基于多信道同步协作频谱感知的宽带认知网络通信方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种基于多信道同步协作频谱感知的宽带认知网络通信方法，涉及无线电通信技术领域。

背景技术

现代无线通信系统中频谱资源的统筹分配是由无线电管理机构确定的，目前采用的是基于静态(固定)频带分配的原则与方案，近年来通信界广泛认识到，固定频带分配是当前频谱资源稀缺的主要原因之一。目前，在低于3GHz的频谱分配和使用上，频谱资源的竞争十分激烈，而在高于3GHz的频谱使用上却表现出明显不同情况，即从时域和空域的双重角度来看，仍然有许多未被充分利用的空闲频段。实际上，大多数频谱资源的利用率都很低，据美国联邦通信委员会测定，已经分配的频谱资源中，约有70％以上未被充分利用。显然，这些未被充分利用的空闲频谱可以有效缓解频谱资源的短缺，因此迫切需要利用这些空闲频谱的新技术，认知无线电应运而生。认知无线电是一种能够提高无线频谱资源利用率的智能通信技术，它通过使用主用户特定时间和空域内未使用的空闲频谱，自适应地调整传输参数，实现频谱资源的最大化利用。如图1所示，宽带认知网络基于认知无线电技术，能够同时使用较宽频带中主用户未使用的多空闲子信道进行通信。

认知无线电通过频谱感知技术发现空闲频谱，为了避免对主用户产生干扰，认知无线电需要准确地检测主用户是否存在。能量检测法被广泛地应用于认知无线电的频谱感知中，通过在观测时间内积累主用户信号的能量来获得对主用户的判决。能量检测法不需要主用户的先验信息，但是隐终端问题会降低能量检测法的性能。隐终端问题是目前认知无线电频谱感知面临的最大挑战，隐终端使得认知无线电无法接收到足够大的主用户信号能量，因此对主用户的检测性能会显著降低，如果错误地判断主用户不存在，认知无线电会错误接入频谱并对主用户造成严重干扰。为了解决隐终端问题，认知网络的多个子信道信号被设计协作频谱感知主用户，协作频谱感知通过融合多个协作节点序号不同感知路径的感知信息产生协作分集增益，能够有效地克服隐终端问题，并提高频谱感知的性能。

然而，目前的协作频谱感知中，每个协作节点序号在感知时间内只能感知一个信道，由于只能获得一个信道的检测结果，认知网络在传输时间内只能利用该条唯一信道进行通信，从而极大地降低了认知网络的频谱接入。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：解决当前认知网络协作频谱感知，每个子信道信号在感知时间内只能感知一个信道，导致传输时间内只能利用该条唯一信道进行通信，从而极大地降低认知网络频谱接入的缺陷。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于多信道同步协作频谱感知的宽带认知网络通信方法，将认知网络的帧结构设定为由感知时隙、协作时隙和传输时隙组成，其中，

所述感知时隙包括复数个感知子时隙和每个感知子时隙对应的子信道序号；

所述协作时隙包括复数个协作子时隙和每个协作子时隙对应的协作节点序号序号；

每个子信道信号在感知子时隙内同步检测多个子信道上的主用户，在协作子时隙内交互各自的感知信息；

通过融合所有协作节点序号的感知信息并进行能量检测，最终判断主用户是否存在于频谱中；

在传输时隙，认知网络在检测到主用户不存在的所有子信道上传输信息。

作为本发明的进一步优选方案，在一个N节点组成的认知网络中，所述通过融合所有协作节点序号的感知信息并进行能量检测，判断主用户是否存在于频谱中的具体步骤包括：

步骤一、将主用户的整个宽频带划分为L个子信道，测量主用户信号的最高频率f_s，感知主用户所需的最小采样点数M，每个子信道l上的噪声方差以及每个子信道l上的每个节点n对主用户的接收信噪比γ_n,l，其中，l＝1,2,…,L，n＝1,2…,N，设定检测门限λ_l为噪声的最大功率；

步骤二、将认知网络帧结构中每个子信道信号的感知时隙分成τ个长度为δ的感知子时隙，将认知网络帧结构的协作时隙分成k个长度为δ的协作子时隙；

确定每个感知子时隙和协作子时隙的长度：

建立关于感知子时隙数τ，协作子时隙数k和L个子信道各自所需的感知子时隙数集合{q₁,q₂,...,q_L}的联合优化问题，利用联合优化算法求解最优的τ，k和{q₁,q₂,...,q_L}；

步骤三、计算每个节点在所有子信道上的平均信噪比：