一种频谱监管系统技术方案

本发明专利技术涉及一种频谱监管系统，其包括：多个电磁频谱信息传感器，一个或多个节点机，数据服务器和信息管理终端。本发明专利技术的频谱监管系统与现有技术相比的优点在于，在感知精度、计算复杂度和各节点通信开销之间达到更好的平衡，利用对频段主用户使用率统计信息，即历史检测概率分布信息对协同感知系统的门限进行修正，在大幅度提高感知精度的同时没有过多增加门限计算的复杂度和各个节点通信开销。这使得系统在可以实现对频谱高精度监控的同时还能保持各个传感器和节点机相对较低的能量消耗，从而降低整个监控网络的成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉无线通信技术，并且更特别地，涉及一种频谱监管系统。
技术介绍
无线传感器网络是通过在监测范围内部署大量静止或者移动的传感器节点，以多跳、自组织方式对覆盖区域内的对象信息进行实时、协作地感知、采集、处理，并传输至目标用户的一种无线通信网络。面向电磁频谱监测的无线传感器网络是传感网的一种典型应用，在军事领域和民用方面都具有广阔的应用前景。通常情况下无需授权的工业、科学、医疗免费频段是无线传感网首选的工作频段，比如2.4GHz。在通常无线电频率划分中，有限的公用频段需要同时支持固定、移动、无线电定位等授权主业务。与此同时，随着各种、蓝牙、等无线通信技术的广泛应用，该类公用频段日趋饱和，各类无线通信系统之间的干扰和共存问题日趋严重。有研究表明，在网络的影响下，同时工作的网络的中断率和重传率明显上升，网络的生存周期也明显下降。由此可见，公用频段的各式无线通信系统间的干扰和共存问题已成为制约无线传感器网络未来发展的瓶颈。另一方面，传统无线传感网节点工作频段与其射频芯片规格紧密相关。出于成本考虑，传感器节点在出厂后芯片规格就已固定，一般不能随意更改。因此，传统无线传感网所用频段也是固定分配，若因应用要求需要改变工作频段，就需大范围更换传感器节点。此外，在一些频谱资源十分紧张的特殊通信环境如战场电磁环境下，传统传感器网络更容易受到针对性干扰而导致网络瘫痪。美国伯克利无线研究中心的研究报告表明，与非授权频段频谱资源愈加紧张的情形相反，一些授权频段，特别是传播特性优良的低频频段并未得到充分利用。为此人们幵始研究认知无线电技术，以突破传统静态频谱分配的限制，实现授权频谱的动态共享以提高频谱利用效率。在此基础上，传感器网络研究学者提出引入认知无线电技术，建立适合无线传感网的动态频谱管理机制，实现传感器节点动态共享和有序竞争访问频谱资源，增强传统无线传感网对频谱变化的适应能力，业已成为无线传感网今后发展的关键方向之一。频谱感知是区分传统无线传感器网络和无线认证传感网络的主要功能之一，也是频谱监管系统的核心。目前比较成熟的感知技术多为单节点感知技术，例如匹配滤波器感知技术、能量检测感知技术、干扰温度检测感知技术和循环平稳特征感知技术。然而在针对认知传感器不断变化的网络拓扑时，这些技术不能简单直接应用在能力有限的传感器上。本领域技术人员需要发展多节点共同检测感知技术，尤其是如何在感知精度、计算复杂度和各节点通信开销之间寻求平衡，是本领域技术人员面临的难题。
技术实现思路
为了解决现有技术感觉精度不够、计算复杂度高且各个节点通信开销大的问题，本专利技术的目的是提供一种频谱监管系统，其特征在于，包括：多个电磁频谱信息传感器，其用于采集电磁频谱信号、向无线网络发射所采集的电磁频谱信息以及接收无线网络中电磁频谱信息并存储信息；一个或多个节点机，其用于采集、处理并储存相邻电磁频谱信息传感器通过无线网络发射出的电磁频谱信息以及向无线网络发射所存储的信息；数据服务器，其用于采集、处理并储存节点机通过无线网络发射出的电磁频谱信息；信息管理终端，其用于调阅数据服务器中存储的信息。进一步地，所述无线网络为3G、GPRS或WI-FI。进一步地，所述电磁频谱信息传感器之间通过混合协作的方式感受、采集和处理无线网络覆盖区域中的频谱，即电磁频谱信息传感器被设定有两个判断门限ξ1和ξ2，当检测到的频段信号的能量小于ξ1时，电磁频谱信息传感器可判断该频段不存在主用户信号，当检测到的频段信号的能量大于ξ2时，电磁频谱信息传感器可判断该频段存在主用户信号，当检测到的频段信号的能量在ξ1和ξ2之间时，电磁频谱信息传感器则将该频段信号的能量发送给附件的节点机，由节点机综合其他电磁频谱信息传感器所收集到的信息综合判断；其中， ξ 1 = ( 2 / N Q - 1 P f a + 1 ) σ n 2 ( 1 + P S ( t ) ) 3 / 2 / δ n 2 , ]]> ξ 2 = ( 2 / N Q - 1 P f a + 1 ) σ n 2 ( 1 + P S ( t ) ) 1 / 2 , ]]>N为频谱信息取样数，Q-1为函数的反函数，Pfa为虚警概率，σn为实际噪声功率，δn为虚拟噪声功率，PS为所测频段的历史检测概率分布,PS(t)为t时段内所测频段的历史检测概率。进一步地，当所述节点机接收到附近的L个电磁频谱信息传感器的频段信号的能量信息后，将所收到的信息生成矩阵并得出相应的协方差矩阵，并求出该协方差矩阵特征值的最大值和最小值，得出最大值和最小值的比值，节点机将该比值与节点机计算的门限值λ进行判定，当该比值小于门限值λ时，则节点机判断该频段不存在主用户信号，反之这判断该频段存在主用户信号；其中，N为频谱信息取样数，L为节点数，Pfa为虚警概率，PS为所测频段的历史检测概率分布，PS(t)为t时段内所测频段的历史检测概率，F-1为Trancy-Widom分布的分布函数的逆函数。Trancy-Widom分布函数的取值可以从数学教材中的取值表中获得。进一步地，所述历史检测概率分布信息会被数据服务器周期性发布，节点机接收到新的历史检测概率分布信息后会广播至其附近的电磁频谱信息传感器。进一步地，所述节点机在对所述附近多个电磁频谱信息传感器广播时采用分布式树型广播协议。节点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种频谱监管系统，其特征在于，包括：多个电磁频谱信息传感器，其用于采集电磁频谱信号、向无线网络发射所采集的电磁频谱信息，以及接收无线网络中电磁频谱信息并存储信息；一个或多个节点机，其用于采集、处理并储存相邻电频谱磁信息传感器通过无线网络发射出的电磁频谱信息，以及向无线网络发射所存储的信息；数据服务器，其用于采集、处理并储存节点机通过无线网络发射出的电磁频谱信息，生成各个频段的历史检测概率分布信息，以及向节点机发射所存储的信息和各个频段的历史检测概率分布信息；信息管理终端，其用于调阅数据服务器中存储的信息。

【技术特征摘要】
1.一种频谱监管系统，其特征在于，包括：多个电磁频谱信息传感器，其用于采集电磁频谱信号、向无线网络发射所采集的电磁频谱信息，以及接收无线网络中电磁频谱信息并存储信息；一个或多个节点机，其用于采集、处理并储存相邻电频谱磁信息传感器通过无线网络发射出的电磁频谱信息，以及向无线网络发射所存储的信息；数据服务器，其用于采集、处理并储存节点机通过无线网络发射出的电磁频谱信息，生成各个频段的历史检测概率分布信息，以及向节点机发射所存储的信息和各个频段的历史检测概率分布信息；信息管理终端，其用于调阅数据服务器中存储的信息。2.根据权利要求1所述的频谱监管系统，其特征在于：所述无线网络为3G、GPRS或WI-FI。3.根据权利要求1所述的频谱监管系统，其特征在于：所述电磁频谱信息传感器之间通过混合协作的方式感受、采集和处理无线网络覆盖区域中的频谱，即电磁频谱信息传感器被设定有两个判断门限ξ1和ξ2，当检测到的频段信号的能量小于ξ1时，电磁频谱信息传感器可判断该频段不存在主用户信号，当检测到的频段信号的能量大于ξ2时，电磁频谱信息传感器可判断该频段存在主用户信号，当检测到的频段信号的能量在ξ1和ξ2之间时，电磁频谱信息传感器则将该频段信号的能量发送给附件的节点机，由节点机综合其他电磁频谱信息传感器所收集到的信息综合判断；其中， ξ 1 = ( 2 / N Q - 1 P f a + 1 ) σ n 2 ( 1 + P S ( t ) ) 3 / 2 / δ n 2 , ]]> ξ 2 = ( ...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建，
申请(专利权)人：广州粤讯信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44