[发明专利]一种新型的基于能量检测的双门限协作频谱感知算法

说明书

技术领域

本发明属于无线系统的频谱感知技术领域。

背景技术

频谱感知是认知无线系统最为关键的技术之一，目前各个国家都在开展研究，频谱感知的主要任务是快速识别出信道占用状况，确定哪些频段为空闲频段，从而将其赋给次用户进行通信。在实际运行的无线通信网络中，往往有很多个认知用户和授权用户存在。若授权用户发射机覆盖范围半径为R，认知用户1、2、3在此区域内，认知用户4落在此区域外。当认知用户1和认知用户3与授权用户发射机之间有巨大障碍物时，认知用户1和认知用户3将处于不利的位置上，极有可能无法接收到授权用户的信号信息；认知用户4由于处于所覆盖范围外，可能根本接收不到授权用户信息，这些情况都导致认知用户无法判断出授权用户是否存在，从而导致认知用户做出错误的频谱检测判决。

认知用户单独的对频谱进行检测，由于所在的位置不同，实际通信信道受到外界各种干扰源的影响、遮蔽效应以及多径衰落均不相同，信道性能好的，衰减小的认知用户能更准确的检测授权用户是否存在，而信道性能差的处在恶劣条件下认知用户则不能很好的检测授权用户是否存在，会出现隐蔽终端问题，但依据判决结果却强行占用信道，显然基于单个认知用户频谱检测具有一定的局限性，判决结果具有一定的不确定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种一种新型的基于能量检测的双门限协作频谱感知算法，是为了解决现有快速识别出信道占用状况时，但依据判决结果却强行占用信道，显然基于单个认知用户频谱检测具有一定的局限性，判决结果存在一定的不确定性的问题。

所述的目的是通过以下方案实现的：所述的一种新型的基于能量检测的双门限协作频谱感知算法，它的方法步骤为：

步骤一：考虑一个中心单元或者基站和M个认知用户参与合作频谱感知；中心单元负责管理认知无线电网络和所有的M个合作认知用户；在此网络中假设每个认知用户进行本地感知的过程是相互独立的，均采用双门限能量频谱感知算法来进行；第i个合作认知用户的感知情况，检测模型表示如下：

式中，s(n)为输入的授权用户信息，假设服从均值为零，方差为的正态分布，w(n)为高斯白噪声，服从均值为零，方差为的正态分布，H₀表示测试端只有噪声，H₁表示测试端有授权用户信息和噪声，假设噪声采样值相互独立同分布，并且与信号采样值也相互独立，则在H₀下在H₁下也即在N个抽样求和后，输出统计量T_i可以表示为：

协作频谱检测充分利用各个认知用户感知数据信息，显著提高频谱感知结果的可靠性能，因此我们采用了基于能量检测的双门限的协作频谱感知策略；

步骤二：.每个参与合作频谱感知的认知用户首先检查它所接收到的授权用户信号的能量；判决能量统计量Ti是否小于门限λ₀或者大于等于门限λ₁，小于门限λ₀则认为所感知的授权信道当前空闲，判决为“0”；大于等于门限λ₁，则认为授权用户正在使用当前频段，判决为“1”；我们用D_i表示第i个用户的本地感知结果，D_i取数据“0”或“1”，判决结果D_i将送入融合中心，融合中心根据本地的感知结果，采用自适应K秩硬融合策略：下面对对K秩硬融合准则判决进行分析，假设一共有M个认知用户参与协作感知，基于能量感知的双门限算法的认知无线网络中，其k秩融合策略联合检测概率和虚警概率表达式为：

k＝1即为“或”融合，k＝M即为“与”融合；传统的K秩融合投票门限值固定，一般为其中为ceiling函数，此时称为Majority准则；对频谱状态作出判决，判决结果用R₁来表示，表达式可写为：

若R₁为1，表示融合中心判决授权用户存在，授权用户不可以占用信道；若R₁为0，判决授权用户不存在，授权用户可以接入信道进行通信；

步骤三：如果Ti落入由门限λ₀和λ₁构成的不可靠区间，即λ₀≤Ti<λ₁，则第i个合作认知用户将自己接收到的信号直接上传到融合中心，在融合中心采用EGC软融合策略数据进行加权求和，并与软融合门限值进行比较，并作出判决，采用EGC准则的融合中心的检测过程可以表示为：