认知无线电频谱感知动态判决方法技术

本发明专利技术涉及认知无线电频谱感知动态判决方法，用于授权主用户、频谱感知融合中心及N个次用户形成的认知无线电网络，基于各次用户的对应的信誉指数，筛选参与协作的主协作次用户及辅助协作次用户；考虑各次用户移动性的影响，得到各次用户基于信噪比和即时速度、即时方向角度值的动态影响因子，并对所有主协作次用户分簇，得到各簇内协作检测概率；针对辅助协作次用户，设定关于决策门限的能量检测优化函数方程，并得到能量检测的最佳门限值；根据各分簇内协作次用户的信噪比及辅助协作次用户集合中各协作次用户的信噪比情况，得到各分簇分别对应的主协作贡献系数及辅助协作次用户集合所对应的辅助协作贡献系数，从而准确得到最终的协作检测概率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种认知无线电频谱感知动态判决方法。
技术介绍
认知无线电技术(CognitiveRadio，简称CR)是一种能够“伺机”地对空闲频谱进行检测、利用和共享，进而解决频谱资源紧缺难题，从而真正实现提高频谱利用率目的的新兴通信技术。频谱感知技术作为认知无线电中的关键技术，对于检测授权主用户信号(又称主用户或授权用户)的存在情况意义重大。认知无线电的认知过程为：首先次用户(或称感知用户、认知用户)采用频谱感知对周围环境中的已授权频谱资源进行持续监测；然后在保证授权主用户能够优先占用该段频谱且传输性能几乎不受影响的条件下，次用户自适应地调整收发设备，并将收发设备调整至空闲频谱上通信。当次用户检测到有授权主用户信号出现时，次用户快速腾出该频谱供授权主用户使用，进而避免干扰授权主用户利用该信道进行正常通信。因此，次用户所采用的频谱感知方法要求对授权主用户具有高度的可靠性，即要求频谱感知方法具有高度的检测性能。在实际环境中，由于受多径衰落、阴影效应和噪声不确定性等诸多因素的不利影响，单个次用户的检测性能往往不能适应对授权主用户信号检测率的要求。为了减少多径衰落、阴影效应和噪声不确定性等诸多因素对检测性能的不利影响，基于多个次用户的协作频谱感知方法被不断提出。在现有的协作频谱感知方法中，通过将每个次用户的检测结果发送给频谱感知融合中心进行融合，以达到对频谱进行感知的目的。然而，由于现有的协作频谱感知方法并没有考虑每个次用户自身信噪比以及次用户的移动性等因素对协作检测结果的影响，这将导致协作感知后的检测性能不够准确。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种充分利用各次用户的检测性能，降低各次用户的低信噪比和移动性对协作检测性能的不利影响，又能够提高协作检测性能的认知无线电频谱感知动态判决方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：认知无线电频谱感知动态判决方法，用于授权主用户、频谱感知融合中心以及N个次用户形成的认知无线电网络中，其特征在于，依次包括如下步骤1至步骤9：步骤1，N个次用户分别获取自身初始位置到授权主用户位置的距离值，并同时实时获取各次用户自身的信噪比、即时速度值、即时速度的方向角度值，并分别对授权主用户的频谱占用情况进行能量检测，然后由各次用户将检测结果以及自身信噪比分别发送给频谱感知融合中心；其中：即时速度的方向角度值为次用户前进方向偏离该次用户初始位置至主用户位置连线的偏离角度，第i个次用户标记为CRi，i＝1,2,…,N，N≥3，次用户CRi自身的信噪比记为SNRi，次用户CRi的即时速度值标记为vi，次用户CRi的即时速度的方向角度值标记为θi；授权主用户标记为PU，频谱感知融合中心标记为FC；次用户CRi自身初始位置到授权主用户位置的距离值标记为di；步骤2，频谱感知融合中心预设协作次用户筛选信誉指数阈值，并根据N个次用户所发送来的信噪比，计算各次用户对应的信噪比在所有N个次用户信噪比集合中的信誉指数ωi；其中，预协作设次用户筛选信誉指数阈值标记为ω0，次用户CRi所对应信噪比的信誉指数ωi的计算公式如下：ωi=SNRi1NΣi=1N(SNRi)2·1NΣi=1NSNRi(SNRmax+SNRmin2);]]>其中，SNRmax为N个次用户信噪比值中的最大信噪比值，SNRmin为N个次用户信噪比值中的最小信噪比值；步骤3，频谱感知融合中心根据预设协作次用户筛选信誉指数阈值以及各次用户对应的信誉指数情况，筛选出参与协作检测的主协作次用户集合以及辅助协作次用户集合：当次用户所对应的信誉指数大于预设次协作用户筛选信誉指数阈值ω0时，则选择该次用户参与协作检测，并置入主协作次用户集合S1中；否则，则将该次用户作为参与协作检测的辅助协作次用户，并置入辅助协作次用户集合S2中；其中，在主协作次用户集合S1中，设定作为参与协作检测的次用户的总数目为N1；在辅助协作次用户集合S2中，设定作为参与协作检测的辅助协作次用户的总数目为N2，且N1+N2＝N；步骤4，在主协作次用户集合S1中，再次预设M个按照升序排列的分簇阈值λj，频谱感知融合中心根据主协作次用户集合S1中各协作次用户发送来的信噪比分别与各分簇阈值作判断比较，以得到M1个独立的含有协作次用户的分簇；j＝1,2,…,M且λ1<λ2<…<λM；分簇标记为Cl，l＝1,2,…,M1，1≤M1≤M；其中，频谱感知融合中心对各协作次用户的分簇过程包括如下步骤4-1至步骤4-2：步骤4-1，根据M个分簇阈值，设定M+1个分簇区间段分别为[-∞,λ1)、[λ1,λ2)、…、[λM-1,λM)和[λM,∞)；其中，位于第一分簇内的协作次用户对应的信噪比处于[-∞,λ1)区间段内，位于第二分簇内的协作次用户对应的信噪比处于[λ1,λ2)区间段内，依次类推，位于第M分簇内的协作次用户对应的信噪比处于[λM-1,λM)区间段内，位于第M+1分簇内的协作次用户对应的信噪比处于[λM,∞)区间段内；步骤4-2，频谱感知融合中心分别将主协作次用户集合S1中各协作次用户对应的信噪比与M+1个分簇区间段进行比较，以判决各协作次用户所处的分簇区间段；其中：当协作次用户的信噪比处于分簇区间段[-∞,λ1)或者[λM,∞)时，则不准该协作次用户参与协作检测，并将该协作次用户置入步骤3所述的辅助协作次用户集合S2中；步骤5，在含有协作次用户的M1个分簇内，按照协作次用户对应信噪比从大到小的顺序，选择各分簇内具有最大信噪比的协作次用户作为该分簇的簇首次用户，并选择各分簇内具有最小信噪比的协作次用户作为该分簇的簇内感知融合中心，从而得到M1个簇首次用户以及对应的M1个簇内感知融合中心；其中，M1≤M+1；步骤6，针对M1个分簇，依次得到各簇内的簇内协作检测概率和簇内协作虚警概率，并由各簇分别发送对应的簇内协作检测概率和簇内协作虚警概率给频谱感知融合中心；其中，各簇内频谱感知融合检测过程包括如下步骤6-1至步骤6-4：步骤6-1，在一个分簇Cl内，协作次用户CRm根据实时检测的检测时间间隔值△tm、即时速度值vm以及即时速度的方向角度值θm，得到协作次用户CRm与授权主用户的实时距离△dm之间的函数关系方程；其中：Δdm=(D0m+vm·cosθm)2+(vm·sinθm)2;]]>其中，△tm表示协作次用户CRm前后两次实时检测的检测时间间隔值；D0m表示协作次用户CRm初始位置至频谱感知融合中心FC的距离；步骤6-2，根据协作次用户CRm与授权主用户PU间的实时距离△dm以及协作次用户CRm的累计移动时间Tm，得到协作次用户CRm在累计运动时间Tm内的平均速度值并将该平均速度值发送给该簇Cl的簇内感知融合中心；协作次用户CRm的平均速度值计算如下：vm‾=ΔdmTm;]]>步骤6-3，协作次用户CRm所处簇Cl的簇内感知融合中心根据簇内各协作次用户发送来的平均速度值，依次计算各协作次用户的速度对自身检测结果的动态影响因子κm；协作次用户CRm所本文档来自技高网...

【技术保护点】
认知无线电频谱感知动态判决方法，用于授权主用户、频谱感知融合中心以及N个次用户形成的认知无线电网络中，其特征在于，依次包括如下步骤1至步骤9：步骤1，N个次用户分别获取自身初始位置到授权主用户位置的距离值，并同时实时获取各次用户自身的信噪比、即时速度值、即时速度的方向角度值，并分别对授权主用户的频谱占用情况进行能量检测，然后由各次用户将检测结果以及自身信噪比分别发送给频谱感知融合中心；其中：即时速度的方向角度值为次用户前进方向偏离该次用户初始位置至主用户位置连线的偏离角度，第i个次用户标记为CRi，i＝1,2,…,N，N≥3，次用户CRi自身的信噪比记为SNRi，次用户CRi的即时速度值标记为vi，次用户CRi的即时速度的方向角度值标记为θi；授权主用户标记为PU，频谱感知融合中心标记为FC；次用户CRi自身初始位置到授权主用户位置的距离值标记为di；步骤2，频谱感知融合中心预设协作次用户筛选信誉指数阈值，并根据N个次用户所发送来的信噪比，计算各次用户对应的信噪比在所有N个次用户信噪比集合中的信誉指数ωi；其中，预协作设次用户筛选信誉指数阈值标记为ω0，次用户CRi所对应信噪比的信誉指数ωi的计算公式如下：ωi=SNRi1NΣi=1N(SNRi)2·1NΣi=1NSNRi(SNRmax+SNRmin2);]]>其中，SNRmax为N个次用户信噪比值中的最大信噪比值，SNRmin为N个次用户信噪比值中的最小信噪比值；步骤3，频谱感知融合中心根据预设协作次用户筛选信誉指数阈值以及各次用户对应的信誉指数情况，筛选出参与协作检测的主协作次用户集合以及辅助协作次用户集合：当次用户所对应的信誉指数大于预设次协作用户筛选信誉指数阈值ω0时，则选择该次用户参与协作检测，并置入主协作次用户集合S1中；否则，则将该次用户作为参与协作检测的辅助协作次用户，并置入辅助协作次用户集合S2中；其中，在主协作次用户集合S1中，设定作为参与协作检测的次用户的总数目为N1；在辅助协作次用户集合S2中，设定作为参与协作检测的辅助协作次用户的总数目为N2，且N1+N2＝N；步骤4，在主协作次用户集合S1中，再次预设M个按照升序排列的分簇阈值λj，频谱感知融合中心根据主协作次用户集合S1中各协作次用户发送来的信噪比分别与各分簇阈值作判断比较，以得到M1个独立的含有协作次用户的分簇；j＝1,2,…,M且λ1<λ2<…<λM；分簇标记为Cl，l＝1,2,…,M1，1≤M1≤M；其中，频谱感知融合中心对各协作次用户的分簇过程包括如下步骤4‑1至步骤4‑2：步骤4‑1，根据M个分簇阈值，设定M+1个分簇区间段分别为[‑∞,λ1)、[λ1,λ2)、…、[λM‑1,λM)和[λM,∞)；其中，位于第一分簇内的协作次用户对应的信噪比处于[‑∞,λ1)区间段内，位于第二分簇内的协作次用户对应的信噪比处于[λ1,λ2)区间段内，依次类推，位于第M分簇内的协作次用户对应的信噪比处于[λM‑1,λM)区间段内，位于第M+1分簇内的协作次用户对应的信噪比处于[λM,∞)区间段内；步骤4‑2，频谱感知融合中心分别将主协作次用户集合S1中各协作次用户对应的信噪比与M+1个分簇区间段进行比较，以判决各协作次用户所处的分簇区间段；其中：当协作次用户的信噪比处于分簇区间段[‑∞,λ1)或者[λM,∞)时，则不准该协作次用户参与协作检测，并将该协作次用户置入步骤3所述的辅助协作次用户集合S2中；步骤5，在含有协作次用户的M1个分簇内，按照协作次用户对应信噪比从大到小的顺序，选择各分簇内具有最大信噪比的协作次用户作为该分簇的簇首次用户，并选择各分簇内具有最小信噪比的协作次用户作为该分簇的簇内感知融合中心，从而得到M1个簇首次用户以及对应的M1个簇内感知融合中心；其中，M1≤M+1；步骤6，针对M1个分簇，依次得到各簇内的簇内协作检测概率和簇内协作虚警概率，并由各簇分别发送对应的簇内协作检测概率和簇内协作虚警概率给频谱感知融合中心；其中，各簇内频谱感知融合检测过程包括如下步骤6‑1至步骤6‑4：步骤6‑1，在一个分簇Cl内，协作次用户CRm根据实时检测的检测时间间隔值△tm、即时速度值vm以及即时速度的方向角度值θm，得到协作次用户CRm与授权主用户的实时距离△dm之间的函数关系方程；其中：Δdm=(D0m+vm·cosθm)2+(vm·sinθm)2;]]>其中，△tm表示协作次用户CRm前后两次实时检测的检测时间间隔值；表示协作次用户CRm初始位置至频谱感知融合中心FC的距离；步骤6‑2，根据协作次用户CRm与授权主用户PU间的实时距离△dm以及协作次用...

【技术特征摘要】
1.认知无线电频谱感知动态判决方法，用于授权主用户、频谱感知融合中心以及N个次用户形成的认知无线电网络中，其特征在于，依次包括如下步骤1至步骤9：步骤1，N个次用户分别获取自身初始位置到授权主用户位置的距离值，并同时实时获取各次用户自身的信噪比、即时速度值、即时速度的方向角度值，并分别对授权主用户的频谱占用情况进行能量检测，然后由各次用户将检测结果以及自身信噪比分别发送给频谱感知融合中心；其中：即时速度的方向角度值为次用户前进方向偏离该次用户初始位置至主用户位置连线的偏离角度，第i个次用户标记为CRi，i＝1,2,…,N，N≥3，次用户CRi自身的信噪比记为SNRi，次用户CRi的即时速度值标记为vi，次用户CRi的即时速度的方向角度值标记为θi；授权主用户标记为PU，频谱感知融合中心标记为FC；次用户CRi自身初始位置到授权主用户位置的距离值标记为di；步骤2，频谱感知融合中心预设协作次用户筛选信誉指数阈值，并根据N个次用户所发送来的信噪比，计算各次用户对应的信噪比在所有N个次用户信噪比集合中的信誉指数ωi；其中，预协作设次用户筛选信誉指数阈值标记为ω0，次用户CRi所对应信噪比的信誉指数ωi的计算公式如下：ωi=SNRi1NΣi=1N(SNRi)2·1NΣi=1NSNRi(SNRmax+SNRmin2);]]>其中，SNRmax为N个次用户信噪比值中的最大信噪比值，SNRmin为N个次用户信噪比值中的最小信噪比值；步骤3，频谱感知融合中心根据预设协作次用户筛选信誉指数阈值以及各次用户对应的信誉指数情况，筛选出参与协作检测的主协作次用户集合以及辅助协作次用户集合：当次用户所对应的信誉指数大于预设次协作用户筛选信誉指数阈值ω0时，则选择该次用户参与协作检测，并置入主协作次用户集合S1中；否则，则将该次用户作为参与协作检测的辅助协作次用户，并置入辅助协作次用户集合S2中；其中，在主协作次用户集合S1中，设定作为参与协作检测的次用户的总数目为N1；在辅助协作次用户集合S2中，设定作为参与协作检测的辅助协作次用户的总数目为N2，且N1+N2＝N；步骤4，在主协作次用户集合S1中，再次预设M个按照升序排列的分簇阈值λj，频谱感知融合中心根据主协作次用户集合S1中各协作次用户发送来的信噪比分别与各分簇阈值作判断比较，以得到M1个独立的含有协作次用户的分簇；j＝1,2,…,M且λ1<λ2<…<λM；分簇标记为Cl，l＝1,2,…,M1，1≤M1≤M；其中，频谱感知融合中心对各协作次用户的分簇过程包括如下步骤4-1至步骤4-2：步骤4-1，根据M个分簇阈值，设定M+1个分簇区间段分别为[-∞,λ1)、[λ1,λ2)、…、[λM-1,λM)和[λM,∞)；其中，位于第一分簇内的协作次用户对应的信噪比处于[-∞,λ1)区间段内，位于第二分簇内的协作次用户对应的信噪比处于[λ1,λ2)区间段内，依次类推，位于第M分簇内的协作次用户对应的信噪比处于[λM-1,λM)区间段内，位于第M+1分簇内的协作次用户对应的信噪比处于[λM,∞)区间段内；步骤4-2，频谱感知融合中心分别将主协作次用户集合S1中各协作次用户对应的信噪比与M+1个分簇区间段进行比较，以判决各协作次用户所处的分簇区间段；其中：当协作次用户的信噪比处于分簇区间段[-∞,λ1)或者[λM,∞)时，则不准该协作次用户参与协作检测，并将该协作次用户置入步骤3所述的辅助协作次用户集合S2中；步骤5，在含有协作次用户的M1个分簇内，按照协作次用户对应信噪比从大到小的顺序，选择各分簇内具有最大信噪比的协作次用户作为该分簇的簇首次用户，并选择各分簇内具有最小信噪比的协作次用户作为该分簇的簇内感知融合中心，从而得到M1个簇首次用户以及对应的M1个簇内感知融合中心；其中，M1≤M+1；步骤6，针对M1个分簇，依次得到各簇内的簇内协作检测概率和簇内协作虚警概率，并由各簇分别发送对应的簇内协作检测概率和簇内协作虚警概率给频谱感知融合中心；其中，各簇内频谱感知融合检测过程包括如下步骤6-1至步骤6-4：步骤6-1，在一个分簇Cl内，协作次用户CRm根据实时检测的检测时间间隔值△tm、即时速度值vm以及即时速度的方向角度值θm，得到协作次用户CRm与授权主用户的实时距离△dm之间的函数关系方程；其中：Δdm=(D0m+vm·cosθm)2+(vm·sinθm)2;]]>其中，△tm表示协作次用户CRm前后两次实时检测的检测时间间隔值；表示协作次用户CRm初始位置至频谱感知融合中心FC的距离；步骤6-2，根据协作次用户CRm与授权主用户PU间的实时距离△dm以及协作次用户CRm的累计移动时间Tm，得到协作次用户CRm在累计运动时间Tm内的平均速度值并将该平均速度值发送给该簇Cl的簇内感知融合中心...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑紫微，李攀，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33