[发明专利]一种基于可靠评估标准的稳健协同频谱感知方法

说明书

本发明提出一种基于可靠评估标准的稳健协同频谱感知方法，首先引入信道接入反馈和全时隙感知，建立可靠的评估标准；然后以该评估标准为基础，根据前N个时隙内的数据计算授权信道的空闲概率和占用概率以及感知节点的检测概率和虚警概率；最后根据前述计算结果对当前时隙感知节点上报的本地判决结果进行融合，作出全局判决。本发明方法具有较强的鲁棒性，能够在恶意用户较多时仍能保持较好的性能。

技术领域

本发明属于无线通信技术中的认知无线电领域，具体涉及一种基于可靠评估标准的稳健协同频谱感知方法。

背景技术

随着无线设备的爆炸式增加，频谱短缺的问题愈加凸显。在众多解决方案中，认知无线电被广泛认为是提升频谱利用率，解决频谱短缺的有效手段。认知无线电是一种智能无线通信系统，能够感知环境，学习环境，并自适应调整输入参数以适应变化。而频谱感知是其感知环境的关键技术。频谱感知用于发现授权信道的频谱空洞，感知信道上授权用户的存在，使得感知用户能够及时利用频谱空洞而又避免了对授权用户正常通信的干扰。但是，频谱感知性能易受多径衰落、阴影等影响。因此，考虑到单节点性能提升空间有限，引入协同频谱感知，利用空间分集增益，从而提升感知性能。

在移动通信设备爆炸式增长的背景下，设备的空间密度成倍增加，设备间的协作成为一个不可忽视的发展方向，从而使得协同频谱感知具有了更加坚实的现实基础。然而，协同频谱感知面临着数据安全等隐患。特别地，底层协议的开放性降低了恶意用户潜入的成本，从而使得感知数据的可信性受到严重影响，同时，设备故障也会影响感知结果。最终，数据篡改、设备故障等严重破坏了协作频谱感知的可靠性。因此，急需设计可靠的评估标准，对上报的频谱数据进行有效而稳健的融合。现有研究中，采用的评估标准可分为两类：基于全局判决的评估标准和基于已知可靠节点辅助的标准。前一种评估标准建立在诚实节点占主体的假设上，即使当诚实节点较少时，恶意节点对评估标准的影响也不容忽视；后一种评估标准假设存在某个或多个已知的诚实节点，并以这些节点的上报数据建立评估标准，虽然避免了恶意节点的影响，但是，诚实节点这一先验信息较难获取，而且，这些节点可能遭受严重的阴影衰弱，上报数据并不可靠。基于以上考虑，设计了一种可靠的评估标准，并基于此，实现了稳健的协同频谱感知。

发明内容

本发明提出一种基于可靠评估标准的稳健协同频谱感知方法，具有较强的鲁棒性，能够在恶意用户较多时仍能保持较好的性能。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于可靠评估标准的稳健协同频谱感知方法，首先，引入信道接入反馈和全时隙感知，建立可靠的评估标准；然后，以该评估标准为基础，根据前N个时隙内的数据计算授权信道的空闲概率和占用概率以及感知节点的检测概率和虚警概率；最终根据前述计算结果对当前时隙感知节点上报的本地判决结果进行融合，作出全局判决；

该评估标准的建立过程如下：首先，次级用户根据各感知节点的上报的本地判决结果进行数据融合，做出全局判决以判断目标信道的状态。当全局判决结果为0，即判决授权信道空闲时，则次级用户接入信道并保存传输结果传输结果为传输成功或失败；当全局判决结果为1，即判决授权信道忙碌时，则次级用户继续感知，得到全时隙感知结果全时隙感知的虚警概率和检测概率分别表示为q_f和q_d。最终，发送结果和全时隙感知结果共同构成评估标准作为评估感知节点的依据，具体地，表示为：

授权信道的空闲概率和占用概率的计算方法如下所示：

其中，和分别表示信道空闲和忙碌；表示定义式；表示在前N个时隙内括号内事件出现的次数；为评估感知节点的评估标准；为次级用户做出的全局判决结果；q_d和q_f分别为全时隙感知下的检测概率和虚警概率；表示判决授权信道空闲，表示判决授权信道忙碌；为次级用户接入信道后的传输结果，为次级用户全时隙感知结果；