[发明专利]一种认知无线电系统中的帧间频谱感知方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种频谱感知技术，尤其是涉及一种认知无线电系统中的帧间频谱感知方法。

背景技术

无线通信技术迅猛发展，用户对频谱资源的竞争越来越激烈，然而，当前的静态频谱分配政策使得有许多频段没有得到充分的利用。总体上看，频谱资源匮乏与频谱利用率低下相互矛盾。在这个背景下，认知无线电技术被提出来，它允许感知用户动态接入授权用户暂时不占用的频带，从而提高频谱利用率。频谱感知技术是认知无线电系统中感知用户感知授权用户状态的技术。在认知无线电系统中，感知用户必须准确感知授权用户的状态(“存在”或者“不存在”，授权用户存在表示某一时刻授权用户占用授权信道，授权用户不存在表示某一时刻授权用户未占用授权信道)，从而既充分利用空闲频谱资源，又不会对授权用户产生过多干扰。因此，频谱感知技术是认知无线电系统中的首要关键技术。

通常，感知用户进行频谱感知时是以帧的方式进行的。传统的频谱感知算法，如能量检测法和特征检测法等认为不同感知帧之间是相互独立的，它们忽略了授权用户的活动模型和感知用户的感知机制。大量实测数据表明，授权用户的活动状态近似服从一个马尔科夫链，并且授权用户处于“存在”状态和“不存在”状态的时长分布服从指数分布。另外，为了保证在一个感知帧内授权用户的活动状态不变，感知用户的感知帧长度往往远小于授权用户的“存在”状态或“不存在”状态的平均持续时长。因此，实际中不同感知帧之间，尤其是相邻的感知帧之间的相关性很强。当前，在感知用户以帧的方式进行工作时，仅有极少频谱感知算法利用授权用户的活动模型和感知用户的感知机制来改善频谱感知性能；并且，大多现有的频谱感知算法都要求恒定的感知帧长度。然而在考虑感知的能量消耗、频谱利用效率等因素时，动态变化的感知帧长度的性能是最佳的，目前，针对既能充分利用授权用户的活动模型和感知用户的感知机制，又能适应动态变化的感知帧长度的频谱感知算法还未有研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种认知无线电系统中的帧间频谱感知方法，其能够充分利用授权用户的马尔科夫链和感知用户的感知机制来提高感知性能，且能够适应动态变化的感知帧长度的感知环境。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种认知无线电系统中的帧间频谱感知方法，其特征在于包括以下步骤：

①假设认知无线电系统中只有一个授权用户和一个感知用户，并假设授权用户的状态变化是一个只有“存在”和“不存在”状态的持续时间的马尔可夫链，令α表示授权用户“存在”状态的平均持续时间的倒数，令β表示授权用户“不存在”状态的平均持续时间的倒数，且α和β的值均已知；

设定感知用户以感知帧的方式工作，且每帧感知帧由一个感知时隙和一个数据传输时隙组成，感知用户在每帧感知帧的感知时隙进行频谱感知；并假设感知用户在每帧感知帧的感知时隙进行频谱感知时，授权用户的状态保持不变，噪声幅值的分布和授权用户信号幅值的分布均服从高斯分布，且噪声幅值的均值和方差对应为μ_w和σ_w²，授权用户信号幅值的均值和方差对应为μ_s和σ_s²，其中，μ_w和σ_w²、μ_s和σ_s²的值均已知；

②将感知用户当前进行频谱感知所在的第i帧感知帧定义为当前感知帧，其中，i的初始值为1，1≤i≤M，M表示认知无线电系统中的感知帧的总帧数；

③感知用户在当前感知帧的感知时隙进行频谱感知时，对待谱频感知的授权信道进行采样处理，得到离散采样值序列；然后计算离散采样值序列的能量，记为U，其中，1≤n≤N，N表示感知用户对其在当前感知帧的感知时隙进行频谱感知时对待谱频感知的授权信道进行采样处理的采样点数，N亦表示离散采样值序列中的采样值的总个数，x(n)表示离散采样值序列中的第n个采样值，符号“||”为取模运算符号；

④令d_i表示在当前感知帧的感知结果，d_i的取值为1或为0，当d_i＝1时代表在当前感知帧授权用户存在，当d_i＝0时代表在当前感知帧授权用户不存在；