[发明专利]一种认知无线电系统中的帧间频谱感知方法

摘要

本发明公开了一种认知无线电系统中的帧间频谱感知方法，其过程为感知用户对在当前感知帧的感知时隙进行频谱感知时待频谱感知的授权信道进行采样处理，得到离散采样值序列；计算离散采样值序列的能量；对于第1帧感知帧，感知用户根据噪声幅值的均值和方差、授权用户信号幅值的均值和方差、离散采样值序列的能量，采用能量检测法判定授权用户是否存在；对于其余感知帧，感知用户根据在前一帧感知帧的感知信息确定判决门限，再比较离散采样值序列的能量和判决门限判定授权用户是否存在；优点是充分利用了授权用户的马尔可夫链和感知用户的感知机制来提高感知性能；另外，只需知道前一帧的感知信息，因此适应于动态感知帧长度情况下的频谱感知。

主权项

一种认知无线电系统中的帧间频谱感知方法，其特征在于包括以下步骤：①假设认知无线电系统中只有一个授权用户和一个感知用户，并假设授权用户的状态变化是一个只有“存在”和“不存在”状态的持续时间的马尔可夫链，令α表示授权用户“存在”状态的平均持续时间的倒数，令β表示授权用户“不存在”状态的平均持续时间的倒数，且α和β的值均已知；设定感知用户以感知帧的方式工作，且每帧感知帧由一个感知时隙和一个数据传输时隙组成，感知用户在每帧感知帧的感知时隙进行频谱感知；并假设感知用户在每帧感知帧的感知时隙进行频谱感知时，授权用户的状态保持不变，噪声幅值的分布和授权用户信号幅值的分布均服从高斯分布，且噪声幅值的均值和方差对应为μw和σw2，授权用户信号幅值的均值和方差对应为μs和σs2，其中，μw和σw2、μs和σs2的值均已知；②将感知用户当前进行频谱感知所在的第i帧感知帧定义为当前感知帧，其中，i的初始值为1，1≤i≤M，M表示认知无线电系统中的感知帧的总帧数；③感知用户在当前感知帧的感知时隙进行频谱感知时，对待频谱感知的授权信道进行采样处理，得到离散采样值序列；然后计算离散采样值序列的能量，记为U，其中，1≤n≤N，N表示感知用户对其在当前感知帧的感知时隙进行频谱感知时对待频谱感知的授权信道进行采样处理的采样点数，N亦表示离散采样值序列中的采样值的总个数，x(n)表示离散采样值序列中的第n个采样值，符号“||”为取模运算符号；④令di表示在当前感知帧的感知结果，di的取值为1或为0，当di＝1时代表在当前感知帧授权用户存在，当di＝0时代表在当前感知帧授权用户不存在；⑤如果当前感知帧为第1帧感知帧，则感知用户根据μw、σw2、μs、σs2和U，并直接采用能量检测法判定在当前感知帧授权用户是否存在，当在当前感知帧授权用户存在时令di＝1，当在当前感知帧授权用户不存在时令di＝0；如果当前感知帧为除第1帧感知帧外的其余感知帧，则感知用户首先设计并确定两个判决门限，然后根据在当前感知帧的前一帧感知帧的感知结果从两个判决门限中选择一个作为当前感知帧的最终的判决门限，最后感知用户比较U和最终的判决门限的大小，若U大于或等于最终的判决门限，那么感知用户判定在当前感知帧授权用户存在，授权用户占用授权信道，并令di＝1；若U小于最终的判决门限，那么感知用户判定在当前感知帧授权用户不存在，授权用户未占用授权信道，并令di＝0；所述的步骤⑤中感知用户设计并确定两个判决门限，并根据在当前感知帧的前一帧感知帧的感知结果从两个判决门限中选择一个作为当前感知帧的最终的判决门限的具体过程为：⑤‑1、令Pf,i表示在当前感知帧的虚警概率，并令令Pd,i表示在当前感知帧的检测概率，并令其中，λ0,i和λ1,i表示所设计并待确定的两个判决门限，t表示积分变量，TFi‑1表示当前感知帧的前一帧感知帧的帧长度，Pf,i‑1表示在当前感知帧的前一帧感知帧的虚警概率，Pd,i‑1表示在当前感知帧的前一帧感知帧的检测概率；⑤‑2、构建虚警概率约束下最大化检测概率的检测模型：其中，max()为取最大值函数，s.t.表示受约束为，约束条件Pf,i≤Pf_target表示Pf,i不能超过Pf_target，Pf_target表示感知用户设定的目标虚警概率；⑤‑3、利用穷搜索算法解得到λ0,i和λ1,i；⑤‑4、根据在当前感知帧的前一帧感知帧的感知结果从两个判决门限中选择一个作为当前感知帧的最终的判决门限，若di‑1＝0，则选择λ1,i作为当前感知帧的最终的判决门限；若di‑1＝1，则选择λ0,i作为当前感知帧的最终的判决门限；其中，di‑1表示在当前感知帧的前一帧感知帧的感知结果；⑥令i＝i+1，将感知用户欲进行频谱感知所在的第i帧感知帧作为当前感知帧，然后返回步骤③继续执行，直至感知用户在所有感知帧均完成频谱感知，其中，i＝i+1中的“＝”为赋值符号。