认知车载自组网中协作频谱感知方法技术

本发明专利技术公开了一种认知车载自组网中协作频谱感知方法，其主要过程为：各个认知车辆接收感兴趣频段的授权用户信号并进行以下操作：(1)采用循环模糊函数方法对接收到的授权用户信号进行多普勒频移估计；(2)采用双门限循环谱能量检测方法进行频谱感知，当循环谱能量值大于大门限值或小于小门限值时把本认知车辆获取的本地判决结果及其位置信息在公共控制信道上传送给路侧单元。最后，路侧单元将接收到的参与协作的认知车辆的信息通过位置相关决策方法进行融合判定授权用户频段是否空闲。本发明专利技术考虑了多普勒频移对检测的影响，利用了所有循环频率处的频谱信息，并且根据认知车辆间相对位置的实时变化动态改变协作加权因子，提高了检测性能。

【技术实现步骤摘要】
认知车载自组网中协作频谱感知方法
本专利技术涉及认知无线电技术和车载无线自组网络
，具体涉及一种认知车载自组网中协作频谱感知方法。
技术介绍
在城市化进程稳步发展、城市规模不断扩大的时代背景下，越来越多的车辆在城市道路上行驶，道路安全和车载娱乐引起了人们的广泛关注，为了满足这一需求，涌现出了大量适用于车载环境下的新应用和服务，例如安全与车流量监控、导航、多媒体流等。为支持这些新的车载应用，车载自组织网(VANET，VehicularAd-hocNetwork)技术应运而生。车载自组网建立在配备有无线接口的车辆即移动节点之间的，点对点的通信的基础之上，主要包括车与车通信，车与基础设施的通信。VANET中一定的通信范围内的车辆可以相互交换各自的车速、位置等信息以及车载传感器感知的数据，这样可以提高道路安全和改善车载环境。在1999年，美国联邦通信委员会分配专用的75MHz(5.850-5.925GHz)的无线频谱给专用短程通信(DSRC)，它也被称为WAVE标准，含802.11p协议以及IEEE1609协议族。根据美国联邦通信委员会的规定，这些频段被分为七个信道，每个信道占用10MHz的带宽，其中包括一个控制信道和六个服务信道。然而，只有控制信道被分配给信号台传输信息或基本的安全消息。在控制信道中，每个车辆广播交通信息，以便实时查找所有相邻车辆。这样交通信息就周期性的传播出去，其中交通信息中包括速度、坐标和车辆的下一个坐标信息。然而，当交通密度增加，增加的信号台导致控制信道拥塞，并因此使碰撞的概率增大和信号台接受的成功率下降。控制信道所分配的带宽小于一些紧急情况下车载自组网安全应用所需要的带宽。因此，更多的无线频谱资源需要被用于紧急安全应用。认知无线电和动态频谱接入中在美国联邦通信委员会报告中提出，其中空闲许可频谱(也称为“频谱空洞”)可适当的给予次级用户(SU)使用，以便提高频谱利用率。因此，把车载自组网和认知无线电结合了在一起(称为“CR-VANET”)，配备认知无线电通信设备的车辆可以有效接入DSRC信道并检测到其他的空闲信道。如果DSRC传输负荷较重，认知无线电设备将检测并使用其他空闲信道进行广播，从而提高车载通信的效率。CR-VANET应先进行频谱感知，然后再机会接入空闲信道进行通信。如何在车载自组网中准确检测授权用户的空闲频段就变得十分重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有车载频段无法满足车载通信需求的问题，提供一种认知车载自组网中协作频谱感知方法，该方法是具有认知功能的车载通信方法，能够自适应的判断是否要启动认知功能，并对感兴趣的授权频段进行准确的检测。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种认知车载自组网中协作频谱感知方法，所述方法包括下列步骤：S1、待通信的的认知车辆向路侧单元发送通信请求，路侧单元判断是否存在空闲的短距离通信频段；若有空闲的短距离通信频段，则路侧单元将感知到的空闲短距离通信频段报告给待通信的的认知车辆，待通信的的认知车辆直接使用空闲的短距离通信频段进行通信；若无空闲的短距离通信频段，则路侧单元向附近的认知车辆广播频谱感知指示，接收到广播的认知车辆开启认知功能，进行频谱感知；S2、接收到广播的认知车辆继续接收感兴趣频段的授权用户信号，采用循环模糊函数方法对接收到的授权用户信号进行多普勒频移估计，由此可知接收信号的循环频率；S3、接收到广播的认知车辆分别采用双门限循环谱能量检测方法进行频谱感知，并把循环谱能量值大于大门限值或小于小门限值的认知车辆获取的本地判决结果及其位置信息在公共控制信道上传送给路侧单元，所述位置信息由自带的GPS获取；S4、路侧单元将接收到的参与协作的认知车辆的信息通过位置相关决策方法进行融合判定感兴趣的授权用户频段是否空闲，将可用的空闲频段放入频谱池中，并分配给待通信的的认知车辆。进一步地，所述步骤S1中待通信的的认知车辆在向路侧单元发出通信请求的同时发出了其位置信息，路侧单元广播信息包括频谱感知指示和待通信的的认知车辆的位置信息。进一步地，所述步骤S2中采用循环模糊函数方法对接收到的授权用户信号进行多普勒频移估计的过程如下：其中，α为循环频率，是循环自相关函数，循环互相关函数，已知发射信号的循环频率为α'，则接收信号的循环频率为α＝α'±fd。进一步地，所述步骤S3中采用双门限循环谱能量检测方法进行频谱感知的过程如下：S31、利用各个循环频率截面能量构成的循环能量谱特征信息将接收到的信号r(t)按照如下公式计算检验统计量：其中，为r(t)的谱相关函数，也是循环自相关函数的傅里叶变换；S32、认知车辆CRi基于双门限检测器输出的二进制判决结果为：只有循环谱能量值Ti＜λ1或Ti＞λ2的认知车辆才被选择参与协作，循环谱能量值λ1＜Ti＜λ2的认知车辆直接被舍弃。进一步地，所述步骤S4中位置相关决策方法的具体过程如下：S41、考虑阴影效应，定义认知车辆CRi和CRj之间的相关函数为：其中，dcorr为去相关距离，为认知车辆CRi和CRj之间的距离，N为被选择参与协作的车辆数；S42、权值初始化，公式如下：S43、权值迭代调整：首先从wi(i＝1,2,…,N)集合中找出最大权值所对应的认知车辆CRk(k＝argmaxwi)，把最大权值从集合中去掉，然后根据和CRk的相关性降低所有剩余认知车辆的权值wj＝wj·(1-Rkj/Rmax)；再从剩余集合中找出最大权值，并把它从集合中除去并相应地降低剩余认知车辆的权值；重复以上步骤直到所有参与协作的认知车辆都被权值迭代调整；S44、权值归一化处理，公式如下：确保wi∈[0，1]且S45、路侧单元根据接收到的各协作车辆的本地判决结果及其权重计算出加权目标函数并与判决门限比较：其中，H0:D＝0和H1:D＝1分别表示授权用户不存在与存在，γ为检测门限。进一步地，所述方法还包括：待通信的的认知车辆在使用空闲授权频段通信的过程中，仍采用基于循环能量谱检测方法周期性地检测授权用户出现与否；一旦授权用户出现，则立刻退出使用授权用户频段。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：1、本方法专利技术是针对车载自组网提出的，考虑了认知车辆的移动性和阴影相关性。2、本方法专利技术首先对多普勒频移进行了估计，减小了其对检测的影响。3、本方法专利技术的单用户本地感知方法采用的是基于循环谱能量检测方式，即使在低信噪比的情况中，依然能够获得较好的检测性能，远远优于能量检测方法。4、本方法专利技术采用了双门限判决方式，当循环谱能量值进入两个门限之间的判决域时，认为此认知车辆没有足够的信息足以作出判决，此时认知车辆不做判决，也不向路侧单元上传感知数据，提高了检测性能。5、本方法专利技术的协作频谱感知方法根据认知车辆相对位置的实时变化动态改变加权因子，使之时刻适应环境的变化，获取恰当的权值，提升系统的检测性能。6、本方法专利技术把硬融合和软融合结合起来，各认知车辆分别采用基于循环谱能量检测后作出本地硬判决，传输的是1bit的二进制信息“0”或“1”，然后再加权融合，这样减少了软融合二次判决所需的数据量。7、本方法专利技术采用了集中式协作频谱感知方法，由路侧单元充当融合中心进行数据融合，减小了认知车载单元的复杂度。附图说明图1是本专利技术的认知车载自组网的示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种认知车载自组网中协作频谱感知方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：S1、待通信的的认知车辆向路侧单元发送通信请求，路侧单元判断是否存在空闲的短距离通信频段；若有空闲的短距离通信频段，则路侧单元将感知到的空闲短距离通信频段报告给待通信的的认知车辆，待通信的的认知车辆直接使用空闲的短距离通信频段进行通信；若无空闲的短距离通信频段，则路侧单元向附近的认知车辆广播频谱感知指示，接收到广播的认知车辆开启认知功能，进行频谱感知；S2、接收到广播的认知车辆继续接收感兴趣频段的授权用户信号，采用循环模糊函数方法对接收到的授权用户信号进行多普勒频移估计，由此可知接收信号的循环频率；S3、接收到广播的认知车辆分别采用双门限循环谱能量检测方法进行频谱感知，并把循环谱能量值大于大门限值或小于小门限值的认知车辆获取的本地判决结果及其位置信息在公共控制信道上传送给路侧单元，所述位置信息由自带的GPS获取；S4、路侧单元将接收到的参与协作的认知车辆的信息通过位置相关决策方法进行融合判定感兴趣的授权用户频段是否空闲，将可用的空闲频段放入频谱池中，并分配给待通信的的认知车辆。

【技术特征摘要】
1.一种认知车载自组网中协作频谱感知方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：S1、待通信的的认知车辆向路侧单元发送通信请求，路侧单元判断是否存在空闲的短距离通信频段；若有空闲的短距离通信频段，则路侧单元将感知到的空闲短距离通信频段报告给待通信的的认知车辆，待通信的的认知车辆直接使用空闲的短距离通信频段进行通信；若无空闲的短距离通信频段，则路侧单元向附近的认知车辆广播频谱感知指示，接收到广播的认知车辆开启认知功能，进行频谱感知；S2、接收到广播的认知车辆继续接收感兴趣频段的授权用户信号，采用循环模糊函数方法对接收到的授权用户信号进行多普勒频移估计，由此可知接收信号的循环频率；S3、接收到广播的认知车辆分别采用双门限循环谱能量检测方法进行频谱感知，并把循环谱能量值大于大门限值或小于小门限值的认知车辆获取的本地判决结果及其位置信息在公共控制信道上传送给路侧单元，所述位置信息由自带的GPS获取；S4、路侧单元将接收到的参与协作的认知车辆的信息通过位置相关决策方法进行融合判定感兴趣的授权用户频段是否空闲，将可用的空闲频段放入频谱池中，并分配给待通信的的认知车辆。2.根据权利要求1所述的一种认知车载自组网中协作频谱感知方法，其特征在于，所述步骤S1中待通信的的认知车辆在向路侧单元发出通信请求的同时发出了其位置信息，路侧单元广播信息包括频谱感知指示和待通信的的认知车辆的位置信息。3.根据权利要求1所述的一种认知车载自组网中协作频谱感知方法，其特征在于，所述步骤S2中采用循环模糊函数方法对接收到的授权用户信号进行多普勒频移估计的过程如下：其中，α为循环频率，是循环自相关函数，循环互相关函数，已知发射信号的循环频率为α'，则接收信号的循环频率为α＝α'±fd。4.根据权利要求1所述的一种认知车载自组网中协作频谱感知方法，其特征在于，所述步骤S3中采用双门限循环谱能量检测方法进行频谱感知的过程如下：S31、利用各个循环频率截面能量构成的循环能量谱特征信息将接收到的信号r(t)按照如下公式计算检验统计量：

【专利技术属性】
技术研发人员：胡斌杰，聂雪琴，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44