[发明专利]一种基于无线指纹数据库的频谱感知方法

说明书

本发明涉及一种基于无线指纹数据库的频谱感知方法，属于无线通信领域。该方法：首先将目标地理区域划分为L个相同大小的网格；当网络中的各个PU位置预先已知时，根据该网格所对应的PU授权频段可用性标签，决定SU接入、检测或不接入PU授权频段。当PU在网格中的位置未知时，采用SVM算法，先预测此时的P个PU工作状态，然后预测该网格位置及其邻近的N个网格所对应的PU授权频段的可用性标签，然后将N+1个网格联合起来，对SU所在地理网格的PU授权频段状态进行标签数据融合，最后对频谱状态做出判决。本发明在保证PU通信质量的前提下，灵活分配SU的空间频谱资源，节省感知时间，进而提高频谱利用效率。

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及认知无线电频谱感知技术。

背景技术

近年来，无线网络用户数量以及对无线服务与应用的需求急剧增长，随之而来的无线网络数据量也迅速增长。由于频谱资源不具再生性，传统的静态频谱分配方式已不能满足日益增长的无线通信频谱需求，因此，需要更高效的频谱接入技术应用频谱资源。认知无线电(cognitive radio,CR)技术的核心思想是通过次用户(secondary user,SU)感知其周围的授权频谱状态，并调整系统自身参数，从而让SU机会性地利用在其所处空间内的、空闲可用的授权频谱。CR技术的基本前提是SU能够有效地限制和降低SU与主用户(primaryuser,PU)碰撞冲突情况的发生。CR的核心思想就是SU在不影响PU的情况下，机会性地接入授权频段，提高授权频谱的使用效率。

CR对于授权频段上未被PU占用的授权频谱(空白频谱)的获取方式一般主要依赖频谱感知技术，即SU利用信号检测技术对授权频段进行检测，从而感知到此频段是否被PU占用。然而，由于无线信道特性以及实际感知情况的复杂多变性，频谱感知技术仍无法很好地确保SU活动相对于PU的透明性。

在CR网络中，现有的频谱感知技术的不足和缺陷主要包括：

(1)传统频谱感知算法性能有限。常用的频谱感知方法，如能量检测、循环平稳信号谱相关检测、PU接收机本地振荡器能量泄漏检测、合作频谱感知等，各个方法的实现原理不尽相同，性能优劣不一。能量检测法是频谱感知中最普遍采用的方法。根据预先设置的门限，能量检测器将接收信号的能量值与门限相比较，由此判断目标授权频段内是否有PU活动。能量检测器的优点是无需PU发射信号及无线信道的先验知识，在实现上非常简单。能量检测器也有相应的缺点：首先，判决门限比较难精确确定，在很大程度上受到噪声及干扰的统计特性估计精确性的影响；其次，在低信噪比情况下，接收到的PU信号淹没在噪声中，能量检测性能严重不足；最后，能量检测只是计算信号的能量，并不能区分接收信号中的PU信号格式，亦无法辨识区分PU信号、噪声和干扰等各种成分。对于其它的检测方法，在实现方面往往存在对先验信息的依赖程度较强或者需要预知噪声功率信息等问题。

(2)对SU设备硬件要求高。欧洲电子通信委员会在CR系统接入电视白频谱的操作指导中，对频谱检测的检测门限进行了分析。对于PU信号是电视信号的情况而言，固定式SU设备的检测门限为-101dBm至-91dBm，个人手持式SU设备的检测门限为-155dBm至-140dBm。如此灵敏度的实现，对于现有技术而言是极大的挑战。并且，实际的接收信号中不仅仅包含来自于接收机的热噪声，还有一些不可知的外部环境干扰。在背景噪声和干扰不确定时，即便取相当低的检测门限也不能保证有可靠的检测。因此，仅仅使用频谱检测并不一定能给PU提供可靠的保护。在先验信息知识不充分、不完备的情况下，频谱感知技术仍在很大程度上无法充分有效地保护处于被动状态下的PU接收端完全不受SU干扰。

综上，针对传统频谱感知算法的性能局限和对SU设备的硬件要求太高所导致的过高成本及实现可能性较低的问题，亟需一种新的频谱感知方法来解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于无线指纹数据库的频谱感知方法，用于灵活分配SU的空间频谱资源，节省感知时间，从而提高频谱利用效率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：