[发明专利]基于信道保持时间的频谱检测方法

说明书

技术领域

本发明属于认知无线电技术领域，具体涉及一种基于信道保持时间的频谱检测方法。

背景技术

无线电频谱是一种有限的自然资源，无线通信的广泛使用导致频谱的稀缺，使频谱日益拥挤，同时人们发现很多已经分配的静态频谱被无效利用或者并未得到充分利用，造成频谱资源浪费。传统的频谱管理方法不灵活，很难在持有无线运营商许可证的特定频段内找到空闲的频带。在这种情况下，我们需要一个改进的频谱利用率，这将为动态频谱接入(DSA)创造机会。其中，一个可能的解决方案是使用“认知无线电”技术。

传统方法是采用假设检验的方法，检测频带是否被占用。主要的频谱检测技术有能量检测、循环平稳检测和匹配滤波器检测，许多技术提出的混合算法，能够得到比单一技术获得更好的结果。不过，这些方法存在不足。首先，在认知无线电系统中，持续感知频谱是不现实的，因为它会占用所有的接收器资源，而没有空间发送接收数据，造成资源的浪费。其次，能量检测在低信噪比下不能工作，无法区分用户；循环平稳检测和匹配滤波器检测都需要主用户的部分信息，计算成本高。最后，这些方法虽然能够完成一定意义上的频谱检测，但是，未能完成在优化检测时间的基础上提高认知用户吞吐量的任务，更没有提升认知无线网络性能。

在认知无线电系统中，持续检测频谱是不现实的，因为它会占用所有的接收器资源；因此，定期进行检测被认为是最佳的方法。

认知无线电节点无法检测出主用户环境，但认知无线电可以根据主用户的频谱占用特性来检测主用户，换句话说，如果主用户检测时间δt超过检测持续时间T_w传输，则认知无线电只检测主用户。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于信道保持时间的频谱检测方法，利用泊松帕累托过程的时间统计模型和基于人类行为的粒子群优化算法，完成频谱检测时间优化，实现认知无线电的频谱感知。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

基于信道保持时间的频谱检测方法，包括：

步骤一：使用泊松帕累托过程的时间模型，还原一个Web应用程序和加性高斯白噪声过程，由能量的检测概率计算出检测概率；

步骤二：在时间和噪声统计的基础上，推导出主用户的检测时间δt：

其中，λ为到达率；Q_N是I_N-1(.)的一种4阶修正贝塞尔函数的广义马坎Q函数；N为时间带宽的乘积；ρ为信噪比；μ为阈值；P_F为虚警概率；P_D为检测概率；T_W为持续时间；τ为信道保持时间；

步骤三：在吞吐量达到目标吞吐量的前提下，对检测时间δt进行优化，使其达到最小：

其中，是主用户的目标吞吐量。

优选的是，所述步骤二还包括：分别在噪声存在和不存在的环境下分析检测概率，得出信道保持时间显著影响系统性能。

优选的是，利用基于人类行为的粒子群优化算法对检测时间δt进行优化。

优选的是，所述检测概率P_D为：

其中，P_D”为封闭形式的检测概率。

优选的是，所述虚警概率P_F为：

P_F＝Γ(N,μ/2)

其中，Γ(a,b)是上不完全伽玛函数。

优选的是，所述Q_N为：

其中Q_N是(N-1)阶修正贝塞尔函数的广义马坎Q函数。

本发明的有益效果是：1、在有噪声和无噪声两种环境下，分别准确计算信道保持时间内的P_D、P_f、P_m，即为检测概率、虚警概率和漏检概率。2、利用泊松帕累托(PPBP)模型，本发明能够准确计算频段在任意持续时间T_w的占用概率P₀、检测概率P_D’、平均检测概率P_D”、虚警概率P_F和重写的检测概率P_D，由此来完成分析频谱检测中信道保持时间影响的任务。3、本发明通过优化检测时间来最大化认知用户吞吐量，允许认知无线电节约能源。4、本发明还利用检测概率的表达式，总结出保证以90％概率检测主用户时所需最小检测时间的表达式，由此能够通过优化检测时间，使认知无线电网络的性能得到显著改善。