[发明专利]一种基于反向散射与空中计算的协作频谱检测方法

说明书

本发明是一种基于反向散射与空中计算的协作频谱检测方法。该方法考虑在5G蜂窝物联网场景中，广泛分布的移动用户设备作为频谱检测助手，共同协作帮助请求者获取当前频谱状态。具体步骤如下：每个检测用户首先利用反向散射，直接将接收到的频谱信号以请求者为目标进行反向散射，无需进行本地感知与数据处理程序。然后，利用空中计算，将所有经过检测助手反射的频谱信号通过同一个反向散射信道上报给请求者，利用无线信道的累加特性，实现反向散射频谱信号的叠加。最后，请求者对接收到的空中融合后的频谱信号进行采样分析，做出最终的频谱检测判决。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于反向散射与空中计算的协作频谱检测方法。

背景技术

B5G蜂窝物联网网络需要使无处不在的智能设备可以实时接入可用的频谱资源。由于频谱资源的稀缺以及快速变化的信道条件，可用的无线频谱资源并非随时存在。大多数移动用户，特别是那些位于超密集区域的用户，需要进行频谱检测以发现可用的无线电资源。然而，B5G系统采用的超高频信号在遇到各种障碍物时会经历更严重的深衰落，给具有有限检测与处理能力的单个用户设备及时准确地检测频谱机会带来了困难。近来，基于感知的协作频谱检测方法，简称为频谱检测方法，作为一种具有更高灵活性的新颖感知范例，可以激励普遍存在的智能设备共同参与频谱检测过程，从而有效减轻B5G系统中深衰落和隐终端带来的影响。为了提高检测准确性，检测助手首先需要收集足够的频谱数据，并通过大量独立信道进行报告。之后，在频谱请求者处进行大量频谱数据的融合与决策过程。以上流程对检测助手以及整个检测系统而言均会消耗大量的能源和网络资源，同时，在请求者处进行单独的融合操作可能导致较高的信息延迟，尤其当上报的频谱检测数据数量庞大时。

目前对协作频谱检测方法的研究，根据用户上报的数据类型或融合规则，可被分为两类：基于硬融合的频谱检测方法和基于软融合的频谱检测方法。对于第一种方法，每个检测助手收集和报告的频谱数据是本地决策后的二进制频谱决策。该方法中，每个感知助手需要较少的传输比特。但是，由于本地决策的主观性高，因此很容易引起较高的错误率，并且可能会导致频谱数据被篡改。对于第二种方法，基于软融合可以实现更准确的频谱检测结果。然而，该方法需要大量的能量和网络资源来传输本地采样后的频谱信号。此外，多位频谱数据的融合相对复杂，极有可能给频谱感知请求者造成较长的数据处理延迟以及较低的计算效率。以上两种方法在仍然有待提高，尤其当上报的频谱检测数据量巨大时。

鉴于上述挑战，本发明解决了频谱检测准确度与资源消耗之间的最佳权衡问题，通过反向散射直接将接收到的频谱信号反向散射给请求者，无需进行本地感知，然后基于空中计算，利用无线信道的叠加特性，实现频谱检测数据在同一信道上的空中融合，无需占用多个独立信道，最后，请求者对空中融合后的频谱数据进行采样，即可做出最终的检测判决，无需进行额外的融合计算，实现感知与传输能量以及有限网络的节约，同时保证信息的时效性与计算有效性。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于反向散射与空中计算的协作频谱检测方法。

本发明的技术方案是：一种基于反向散射与空中计算的协作频谱感知方法，具体步骤包括如下：

步骤(1.1)、协作频谱检测系统中的反向散射设备利用反向散射向请求者反射接收到的频谱信号；

步骤(1.2)、基于空中计算，对N个被反向散射的频谱信号进行累加；

步骤(1.3)、请求者得到最终接收到的频谱信号；

步骤(1.4)、请求者对最终接收到的进行M次采样，得到频谱检测统计量T；

步骤(1.5)、请求者确定检测门限；

步骤(1.6)、请求者将得到的频谱检测统计量T与检测门限进行比较，做出最终频谱判决。

进一步的，在步骤(1.1)中，所述协作频谱检测系统由N个反向散射设备，正在使用当前频段的用户IU，以及一个频谱检测请求者组成；