基于幂集置信度的联合频谱感知系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于幂集置信度的联合频谱感知系统和方法，技术要点为通过多个从用户独立进行频谱感知，根据各自的感知结果判断主用户频谱使用状态为频谱空闲或频谱被占用，上报相应的判决结果的判决置信度给融合中心，融合中心根据所有从用户上报的数据，分别对上报频谱空闲和频谱被占用的从用户上报的判决置信度进行计算处理，最终得出频谱感知的总判决结果。本发明专利技术有效地减少低置信度从用户对总判决的影响，极大地增强了在时变的无线通信环境下多用户频谱检测系统的自适应能力，极大地提高频谱检测系统的检测能力。

【技术实现步骤摘要】
基于幂集置信度的联合频谱感知系统和方法
本专利技术涉及无线通信领域，特别涉及一种基于幂集置信度的联合频谱感知系统和方法。
技术介绍
随着无线通信技术与网络的飞速发展，无线用户的数量急剧增加，通过无线网络接入的业务形式日趋多样化，并对系统提出了越来越高的带宽要求，使得频谱资源变得非常紧张。另外，随着无线网络宽带化及数据、业务、网络IP化与一体化的逐步演进，人们对带宽和频谱的利用率提出了越来越高的要求。而认知无线电，就是用于解决这种频谱使用不均衡，频谱利用率不高等问题的非常具有潜力的技术手段。目前，认知无线电的一个典型应用就是机会频谱接入。其核心思想是通过无线通信设备对通信环境的认知，进而按照某种“伺机”的方式，在空域、时域、和频域中实时地去发现授权频段上出现的可以被利用的频谱机会，即“频谱空穴”，并合理地利用。当未授权用户(SU，也称从用户、认知用户)通过这种“借用”的方式使用已授权用户(PU，也称主用户)的频谱资源时，必须保证其通信过程不会影响到PU的通信，或对PU的干扰被控制在某个特定的范围之内。为了找出适合通信的“频谱空穴”，使得认知无线电系统能够在不影响已有通信系统的前提下有效地进行工作，目前通常采用频谱检测技术完成这一目的，频谱检测指的是认知无线电设备在特定的时间、特定的区域上感知并分析无线通信环境中的频段使用情况的能力。现有的频谱检测方法有能量检测方法(H.Urkowitz,“Energydetectionofunknowndeterministicsignals,”ProceedingsofIEEE,vol.55,pp.523-531,April1967；F.F.Digham,M.-S.AlouiniandM.K.Simon,“Ontheenergydetectionofunknowsignalsoverfadingchannels,”IEEETrans.Commun,vol.55,no.1,pp.3575-3579,Jan.2007)、匹配滤波器与相关检测方法(S.M.Kay,FundamentalofStatisticalSignalProcessing:DectionTheory.NewJersey:PrenticeHall,1998)和循环特征检测方法(S.EnserinkandD.Cochran,“Acycolstationaryfeaturedetector,”inProc.28thAsilomarConferenceonSignals,Systems,andComputers,Monterey,CA,Oct.1994,pp.806-810)等。现有方法检测需要知道当前频段PU的先验知识，其实现复杂度及成本较高，检测时间也较长。因此，为了降低成本和实现复杂度，现有频谱检测一般是在SU的发送端通过能量检测与判决来完成，通过对所观察的频段内的无线信号进行测量及能量计算，并与特定的门限值进行比较，从而判决是否出现了符合通信要求的“频谱空穴”。频谱检测的性能决定了SU能否有效地抓住频谱机会来实现高效的数据传输，以及能否比较准确地判定射频信号碰撞事件，使SU在PU出现的情况下能够尽快主动退避，避免过多地影响PU的通信。在实际的无线信道中，单一用户的频谱检测结果常常受到衰落、阴影和多径的影响，无法达到一个很好的检测性能。通过将多个用户的检测结果加以综合，就能以少量的开销传递用户判决信息，极大地提高检测的性能。而在多用户认知无线电网络中，存在一个主用户和N个从用户。从用户之间互不干扰，每个从用户独立地进行频谱感知，然后通过控制信道把相关检测数据发送至融合中心FC，由FC按照特定规则集中判决，通常采用K/N规则判决，K/N规则的经典应用就是少数服从多数原则，基于K/N规则的联合频谱检测方法指的是，若N个用户中有大于或等于K个的判决为真，则总判决为真，否则总判决为假。SU端能量检测器工作时，信号首先通过一个带通滤波器滤除带外噪声，然后通过平方器和积分器计算总能量T，最后能量判决器将总能量T与一个能量判决门限值ξ进行比较，以判断两个可能的情况：H0和H1，其中H0代表PU未占用频谱，而H1代表PU正在使用频谱。如果T＜ξ，能量检测的结果为H0；反之，为H1。在谱交织模式(SU只在PU的空闲期工作)下，SU只能在判决结果为H0的时候才能传输数据。总能量T在H0和H1两个假设下均服从卡方分布，由于SU接收到的能量是一个随机卡方分布，当PU实际上在使用频谱时，SU检测到的能量也有可能T＜ξ，并错误地得出H0的判决结果，于是，SU开始使用频谱，并对PU的通信造成干扰。也就是说，从用户SU的判决可靠性差，尤其是对频谱感知能力差(即置信度低)的从用户的判决的可靠性更差，影响总的判决可靠性，从而降低频谱检测的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种基于幂集置信度的联合频谱感知系统和方法，其可以极大地增强在时变的无线通信环境下多用户频谱检测的自适应能力，减少低置信度用户对总判决的干扰，提高频谱检测的性能。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于幂集置信度的联合频谱感知系统，包括至少两个认知用户终端，用于分别独立地探测自身周围的无线通信环境中授权用户终端的出现，对其频段使用情况进行频谱感知，判断所述授权用户终端的频谱使用状态是否空闲，根据判断结果分别上报相应的判决置信度到融合中心；以及融合中心，用于接收所述至少两个认知用户终端分别上报的所述判决置信度，将所有的所述判决置信度划分成两个集合，对两个集合进行幂集置信度计算处理，根据处理结果判断得到所述授权用户终端的频谱使用状态的总判决结果；其中，所述两个集合中一个集合内的所述判决置信度为所述至少两个认知用户终端中判断所述频谱使用状态为空闲的认知用户终端上报的所述判决置信度，另一个集合内的所述判决置信度为所述至少两个认知用户终端中判断所述频谱使用状态是被占用的认知用户终端上报的所述判决置信度。优选的，所述融合中心将所有的所述判决置信度划分成所述两个集合具体为：根据所述判决置信度的标识信息将所有的所述判决置信度划分成所述两个集合；其中，所述标识信息用于指示所述判决置信度为所述至少两个认知用户终端中判断所述频谱使用状态为空闲的认知用户终端上报的所述判决置信度；或，用于指示所述判决置信度为所述至少两个认知用户终端中判断所述频谱使用状态为被占用的认知用户终端上报的判决置信度。优选的，所述至少两个认知用户终端，判断所述授权用户终端的频谱使用状态是否空闲，根据判断结果分别上报相应的判决置信度到融合中心，具体为：所述至少两个认知用户终端各自独立进行频谱感知，将检测计算得到的频谱能量T与检测门限ξ比较，根据下式上报判决置信度Pi；其中H0代表所述授权用户终端的频谱使用状态是空闲，H1代表所述授权用户终端的频谱使用状态是被占用，正负号为所述标识信息；所述i为正整数，代表所述至少两个认知用户终端各自的编号。优选的，所述融合中心对所述两个集合进行幂集置信度计算处理，根据处理结果判断得到所述授权用户终端的频谱使用状态的总判决结果，具体为；根据所述判决置信度的所述标识信息将所有的所述判决置信度划分为所述两个集合根据下式分别计算两个集合U0和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于幂集置信度的联合频谱感知系统，其特征在于，包括：    至少两个认知用户终端，用于分别独立地探测自身周围的无线通信环境中授权用户终端的出现，对其频段使用情况进行频谱感知，判断所述授权用户终端的频谱使用状态是否空闲，根据判断结果分别上报相应的判决置信度到融合中心；融合中心，用于接收所述至少两个认知用户终端分别上报的所述判决置信度，将所有的所述判决置信度划分成两个集合，对两个集合进行幂集置信度计算处理，根据处理结果判断得到所述授权用户终端的频谱使用状态的总判决结果；其中，所述两个集合中一个集合内的所述判决置信度为所述至少两个认知用户终端中判断所述频谱使用状态为空闲的认知用户终端上报的所述判决置信度，另一个集合内的所述判决置信度为所述至少两个认知用户终端中判断所述频谱使用状态是被占用的认知用户终端上报的所述判决置信度。

【技术特征摘要】
1.一种基于幂集置信度的联合频谱感知系统，其特征在于，包括：至少两个认知用户终端，用于分别独立地探测自身周围的无线通信环境中授权用户终端的出现，对其频段使用情况进行频谱感知，判断所述授权用户终端的频谱使用状态是否空闲，根据判断结果分别上报相应的判决置信度到融合中心；所述认知用户终端通过一能量检测器进行频谱感知，所述能量检测器包括依次连接的带通滤波器、平方器、积分器和能量判决器；融合中心，用于接收所述至少两个认知用户终端分别上报的所述判决置信度，将所有的所述判决置信度划分成两个集合，对两个集合进行幂集置信度计算处理，根据处理结果判断得到所述授权用户终端的频谱使用状态的总判决结果；其中，所述两个集合中一个集合内的所述判决置信度为所述至少两个认知用户终端中判断所述频谱使用状态为空闲的认知用户终端上报的所述判决置信度，另一个集合内的所述判决置信度为所述至少两个认知用户终端中判断所述频谱使用状态是被占用的认知用户终端上报的所述判决置信度；所述融合中心将所有的所述判决置信度划分成所述两个集合具体为：根据所述判决置信度的标识信息将所有的所述判决置信度划分成所述两个集合；其中，所述标识信息用于指示所述判决置信度为所述至少两个认知用户终端中判断所述频谱使用状态为空闲的认知用户终端上报的所述判决置信度；或，用于指示所述判决置信度为所述至少两个认知用户终端中判断所述频谱使用状态为被占用的认知用户终端上报的判决置信度；所述至少两个认知用户终端，判断所述授权用户终端的频谱使用状态是否空闲，根据判断结果分别上报相应的判决置信度到融合中心，具体为：所述至少两个认知用户终端各自独立进行频谱感知，将检测计算得到的频谱能量T与检测门限ξ比较，根据下式上报判决置信度Pi；其中H0代表所述授权用户终端的频谱使用状态是空闲，H1代表所述授权用户终端的频谱使用状态是被占用，正负号为所述标识信息；所述i为正整数，代表所述至少两个认知用户终端各自的编号；其中，检测为H0时，检测为H1时，其中，Pi{H0|T＜ξ}是认知用户终端i检测到频谱能量T小于门限ξ因而判决为H0时，授权用户终端的确静默的概率；Pi{H1|T≥ξ}是认知用户终端i检测到频谱能量T不小于门限ξ因而判决为H1时，授权用户终端的确占用信道的概率；Pr{H0}是授权用户终端静默的概率；Pr{H1}是授权用户终端占用信道的概率；Pi{T＜ξ}是认知用户终端i检测到频谱能量T小于门限ξ的概率，其包括两种场景，一是Pi{T＜ξ|H0}是授权用户终端静默时，认知用户终端i检测到频谱能量T小于门限ξ的概率；二是Pi{T＜ξ|H1}是授权用户终端占用信道时，认知用户终端i检测到频谱能量T小于门限ξ的概率；Pi{T≥ξ}是认知用户终端i检测到频谱能量T不小于门限ξ的概率，其包括两种场景，一是Pi{T≥ξ|H1}是授权用户终端占用信道时，认知用户终端i检测到频谱能量T不小于门限ξ的概率；二是Pi{T≥ξ|H0}是授权用户终端静默时，认知用户终端i检测到频谱能量T不小于门限ξ的概率。2.根据权利要求1所述的基于幂集置信度的联合频谱感知系统，其特征在于，所述融合中心对所述两个集合进行幂集置信度计算处理，根据处理结果判断得到所述授权用户终端的频谱使用状态的总判决结果，具体为；根据所述判决置信度的所述标识信息将所有的所述判决置信度划分为所述两个集合根据下式分别计算两个集合U0和U1的幂集置信度，分别对结果进行归一化处理：再对比m(H0)和m(H1)的大小，做出最后总判决结果；其中：集合U0内为所述至少两个认知用户终端中判断所述授权用户终端频谱使用状态为H0的上报的判决置信度，集合U1内为所述至少两个认知用户终端中判断所述授权用户终端频谱使用状态为H1的上报的判决置信度，PFC(H0)是集合U0的幂集置信度；PFC(H1)是集合U1的幂集置信度，m(H0)是集合U0的归一化幂集置信度；m(H1)是集合U1的归一化幂集置信度。3.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍志强，凌翔，吴斌，陈亦欧，潘丽莉，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51