一种基于双门限能量检测的协作宽带频谱感知方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双门限能量检测的协作宽带频谱感知方法，是一种基于双门限能量检测的多用户多信道协作频谱感知方法。在该方法中，认知无线电网络中的次用户在进行宽带频谱感知时只需检测少数几个窄带子信道，根据这些子信道的感知结果做出本地判决，并将其判决结果上传至网络中的数据融合中心进行二次数据融合，做出最终的全局判决。本发明专利技术可降低次用户进行宽带频谱感知时的信号采样速率及对相关器件的要求，提升认知无线电网络的检测性能，从而避免对主用户的正常通信造成干扰。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双门限能量检测的协作宽带频谱感知方法
本专利技术涉及一种认知无线电频谱感知方法，尤其涉及一种基于双门限能量检测的协作宽带频谱感知方法。
技术介绍
随着无线通信技术的迅猛发展，各类无线通信系统及业务的出现使得无线频谱资源日趋紧张，而与之形成强烈反差的则是无线频谱资源在使用上的不均衡性，已授权频谱的使用率较低，时间和空间上均存在着大量的空闲频谱。认知无线电(CognitiveRadio，CR)技术是一种通过感知外界无线电环境，实时地改变某些系统参数(如传输功率、载波频率、调制编码方式等)，以达到在任何时间、任何地点都能保证高可靠性的智能无线通信系统。认知无线电系统将授权频谱的用户称为主用户，共享频谱的用户称为次用户，次用户通过发现授权频段的空闲频谱，并伺机地接入使用，从而能够大大提高频谱的利用率。频谱感知技术是CR系统中次用户对空闲授权频段进行有效识别的重要保证，同时也是CR系统完成频谱管理、共享及信息可靠传输的前提。近年来随着第五代移动通信、物联网及车联网等技术的兴起，频谱感知技术也在朝着宽带化和协作化的方向发展。宽带频谱感知的感知频段范围一般可达数个GHz，系统中的次用户在当前已接入信道检测到主用户信号后，能够切换到其它空闲信道继续通信。多用户协作频谱感知则能有效克服无线信道中存在的多径衰落、阴影效应和噪声功率不确定性等因素的影响，并可降低对宽带信号先验信息的依赖，进一步提高检测性能。目前的协作宽带感知大都基于传统的能量检测法，在信噪比较低或噪声变化剧烈的场景下，系统的检测性能下降显著。
技术实现思路
在宽带通信场景下，CR系统中的次用户在对授权频段进行检测时，若根据奈奎斯特准则，需以大于2倍信号带宽的速率采样，会带来较高的采样开销和能耗，且对接收端模/数转换器的硬件实现提出了很高要求；在频谱感知中被广泛采用的能量检测法因其判决门限根据噪声水平而确定，故对环境噪声较为敏感，在低信噪比场景下的检测性能较差。本专利技术涉及了一种基于双门限能量检测的协作宽带频谱感知方法，可有效解决当感知到的信号能量值处于判决门限值附近时而发生的误检问题，在低信噪比场景下能够展现良好的性能，提高CR系统对于空闲授权频段的利用效率。本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于双门限能量检测的协作宽带频谱感知方法，是一种应用于宽带低信噪比场景下的多用户协作的频谱感知方法，能够为CR网络中的次用户提供较好的检测性能。本专利技术中，CR网络中的次用户在对宽带授权频段进行检测前，先将整个宽带频段划分为若干个窄带子信道并感知其中的少数几个，每个子信道上均采用双门限能量检测法进行频谱感知，各个子信道的感知结果被上传至次用户处，每个次用户将这些感知结果融合并做出本地判决，再将判决结果上传至CR网络中的数据融合中心，数据融合中心将网络中次用户做出的本地判决依照“或”准则进行数据融合，做出最终的全局判决。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术提供一种基于双门限能量检测的协作宽带频谱感知方法，具体步骤如下：步骤1，认知无线电网络的次用户感知宽带授权频段时，将该频段划分为N个子信道；步骤2，次用户采用双门限能量检测法对其中的K个子信道进行感知，其中，1≤K＜N，具体过程为：2.1，根据系统预设的虚警概率Pf求得次用户的本地判决门限值λ，并结合次用户处的噪声不确定度ρ求得双门限能量检测的两个门限值：较低门限值λL和较高门限值λH；2.2，次用户对K个子信道作能量检测，将第i个子信道的接收信号的能量观测值Yi分别与λL、λH进行比较，若0≤Yi＜λL，则判决该子信道上不存在主用户信号，上传判决结果0；若Yi＞λH，则判决该子信道上存在主用户信号，上传判决结果1；若λL≤Yi≤λH，则上传Yi至次用户处；其中，i∈[1,K]；2.3，次用户将接收到的K-k个能量观测值相加后得到结果d，再将d与λ进行比较，若0≤d＜λ则得出判决结果0，若d≥λ则得出判决结果1，其中，k为2.2中判决结果的个数；2.4，若2.3得到的判决结果与2.2得到的k个判决结果之和小于1，则得到该次用户处的本地判决结果为0，否则该次用户处的本地判决结果为1；步骤3，认知无线电网络中的次用户将本地判决结果上传至网络中的数据融合中心，数据融合中心采用“或”准则对所有次用户的本地判决结果进行数据融合，只要有一个次用户感知到主用户信号的存在即判断该授权频段中存在主用户信号，各次用户仍需继续等待，直到检测到主用户信号不存在时再行接入。作为本专利技术的进一步优化方案，步骤2.1中本地判决门限值其中，Q-1()表示Q函数的反函数，Q函数定义为Pf是预设的虚警概率，n表示接收信号的采样点数，表示噪声方差。作为本专利技术的进一步优化方案，步骤2.1中较低门限值λL＝(1-ρ)λ，较高门限值λH＝(1+ρ)λ。作为本专利技术的进一步优化方案，步骤2.2中第i个子信道的接收信号的能量观测值其中n表示接收信号的采样点数，y(j)为接收信号的第j个样值。作为本专利技术的进一步优化方案，步骤2中次用户采用双门限能量检测法随机对其中的K个子信道进行感知。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1.次用户先将宽带授权频段划分为若干个子信道，并感知其中的少数几个，可大幅降低宽带频谱感知所带来的较高的采样开销和能耗，且能降低对接收端模/数转换器的硬件要求；2.每个子信道上均采用双门限能量检测，可有效降低感知到的信号能量值处于判决门限值附近时而发生误检的概率；3.系统的全局判决结果经过两次数据融合而成，进一步提高了系统的检测性能，避免了对主用户的正常通信造成干扰。附图说明图1是基于双门限能量检测的协作宽带频谱感知系统模型图。图2是双门限判决示意图。图3是基于双门限能量检测的协作宽带频谱感知算法流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：如图1所示，假设一个认知无线电网络内存在M个次用户，则基于双门限能量检测的协作宽带频谱感知方法的具体实施，如图3所示，包括以下四个步骤：步骤一：CR网络中的次用户们在对宽带授权频段进行感知前，先各自将该频段划分为N个子信道，根据系统预设的虚警概率Pf利用一式可求得各自的本地判决门限值λ，Q-1()表示Q函数的反函数，Q函数定义为n代表接收信号的采样点数，代表噪声方差；然后次用户再结合本地的噪声不确定度ρ求得双门限能量检测中的较低门限值λL＝(1-ρ)λ和较高门限值λH＝(1+ρ)λ。步骤二：次用户对N个子信道中的K个作能量检测(K＜N)，子信道上经过采样后的接收信号依次通过模/数转换模块、平方器和积分器，求得该子信道上的接收信号的能量观测值i∈[1,K]，n为接收信号的采样点数。如图2所示，将Yi依次与两个门限值λL和λH相比较，当Yi＜λL时，即判决该子信道不存在主用户信号，上传判决结果0；当Yi＞λH时，即判决该子信道上存在主用户信号，上传判决结果1；而当Yi落于两门限值之间时，直接上传该子信道的能量观测值至次用户处，那么次用户接收到的来自于第i个子信道的信息Ri可表示为：步骤三：假设次用户观测的K个子信道中有k个做出了判决结果，其余K-k个子信道的能量观测值被直接上传，则次用户会将这K-k个能量观测值相加，得一计算结果d，并与次用户的判决门限值λ相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双门限能量检测的协作宽带频谱感知方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，认知无线电网络的次用户感知宽带授权频段时，将该频段划分为N个子信道；步骤2，次用户采用双门限能量检测法对其中的K个子信道进行感知，其中，1≤K＜N，具体过程为：2.1，根据系统预设的虚警概率P

【技术特征摘要】
1.一种基于双门限能量检测的协作宽带频谱感知方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，认知无线电网络的次用户感知宽带授权频段时，将该频段划分为N个子信道；步骤2，次用户采用双门限能量检测法对其中的K个子信道进行感知，其中，1≤K＜N，具体过程为：2.1，根据系统预设的虚警概率Pf求得次用户的本地判决门限值λ，并结合次用户处的噪声不确定度ρ求得双门限能量检测的两个门限值：较低门限值λL和较高门限值λH；2.2，次用户对K个子信道作能量检测，将第i个子信道的接收信号的能量观测值Yi分别与λL、λH进行比较，若0≤Yi＜λL，则判决该子信道上不存在主用户信号，上传判决结果0；若Yi＞λH，则判决该子信道上存在主用户信号，上传判决结果1；若λL≤Yi≤λH，则上传Yi至次用户处；其中，i∈[1,K]；2.3，次用户将接收到的K-k个能量观测值相加后得到结果d，再将d与λ进行比较，若0≤d＜λ则得出判决结果0，若d≥λ则得出判决结果1，其中，k为2.2中判决结果的个数；2.4，若2.3得到的判决结果与2.2得到的k个判决结果之和小于1，则得到该次用户处的本地判决结果为0，否则该次用户处...

【专利技术属性】
技术研发人员：王全全，王恺，于新泉，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32