本发明专利技术涉及基于动态调整的多频段协作频谱感知方法，频谱感知决策中心根据预设信噪比阈值、各从用户的自身信噪比、置信度、业务需求、对多个主用户的频谱检测结果，筛选初选协作从用户；计算判断所有初选从用户信噪比均方根值与各初选从用户的信噪比间的商值、商值阈值关系，选定参与协作的从用户，并自适应获取最佳能量判决门限值，建立基于初选从用户数目的频谱感知误差函数，以频谱感知误差函数取得最小值时的初选从用户数目作为协作感知的最佳协作从用户数目，确定最佳协作从用户，进而完成多频段协作频谱感知的最终结果。该方法既自适应地获得了接收信号能量变动状态下的最佳判决门限值，又获得了最佳协作从用户数目，减小了协作感知复杂度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及频谱感知领域，尤其涉及一种基于动态调整的多频段协作频谱感知方法。
技术介绍
随着无线通信技术的不断发展，以LTE、Wi-Fi及协作通信等为标志的新兴技术相继涌现。这些通信技术对无线频谱资源提出了更高的需求，从而令频谱资源变的趋于紧张，认知无线电技术(CognitiveRadio,CR)在此背景下应运而生。认知无线电的基本思路是，首先从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检测；然后在保证主用户能够优先占用该授权段频谱且传输性能几乎不受影响的条件下，从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进行通信。当从用户感知到主用户信号出现时，从用户则要快速腾出信道供主用户使用，进而避免干扰主用户的正常通信，从而提高频谱资源利用率。为了减少实际环境中多径衰落和阴影效应等诸多因素对从用户检测性能的不利影响，基于多个从用户的协作频谱感知方法被不断提出。通过将每个从用户的感知结果发送给频谱感知决策中心按照一定的融合准则进行处理，获得最终的检测结果，以达到准确感知频谱的目的。由于现有的协作频谱感知方法多数只是针对单频段进行感知，因此为了提高频谱利用率，针对多频段的协作频谱感知方法成为新的研究热点。在现有针对多频段的协作频谱感知中，当从用户采用能量检测方法对多个主用户对应的多个频段进行感知时，则需要准确的预先设定针对从用户所接收信号能量的判决门限值，以在主用户信号出现时做出准确判决。然而，在实际的多频段协作频谱感知中，各从用户所接收的信号能量是动态变化的，并非是固定不变的，这将导致现有方法中预设的固定的判决门限值将不能保证从用户作出准确的感知，进而严重地影响了多个从用户对多频段的整体协作感知性能。
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既能适应从用户所接收的信号能量动态变化，有效提高从用户的能量检测性能，又能获得最佳协作从用户数目，减小协作感知复杂度的基于动态调整的多频段协作频谱感知方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：基于动态调整的多频段协作频谱感知方法，其特征在于，依次包括如下步骤：(1)设定认知无线网络中，主用户的数量为M，从用户的数量为N，频谱感知决策中心的数量为1，主用户分别独立地占用频谱中的各自频段；N个从用户分别独立地获取自身信噪比SNRj以及对M个主用户占用频段的频谱检测结果，并分别将获取的信噪比SNRj、频谱检测结果、检测置信度Pj和业务需求Rj发送至频谱感知决策中心；其中，主用户记为PUi，从用户记为CRj，频谱感知决策中心记为FC，业务需求Rj∈[0,M]，Pj∈[0,1]，检测置信度Pd,ji为从用户CRj对主用户PUi的检测概率；1≤i≤M，1≤j≤N，M≥2，N≥2；(2)频谱感知决策中心FC接收各从用户CRj发送来的信噪比SNRj、频谱检测结果、检测置信度Pj和业务需求Rj，并判断从用户的信噪比SNRj大于预设的信噪比阈值SNRwall时，则选择此信噪比对应的从用户为参与协作检测的初选从用户，并记初选从用户为CR't，执行步骤(3)；否则，选择具有最高信噪比的从用户所对应的频谱检测结果作为最终的多频段协作频谱感知结果；其中，初选从用户数量为N1，初选从用户CR't对应的信噪比为SNR't、检测置信度为P't、业务需求为R't，1≤t≤N1≤N；频谱感知决策中心FC接收到的频谱检测结果数量为M×N个；(3)频谱感知决策中心FC根据初选从用户CR't的置信度P't、业务需求R't，对初选从用户CR't分配需要检测的频段数量Ct；其中，对初选从用户分配需要检测的频段数量包括如下步骤(3-1)和步骤(3-2)：(3-1)根据各初选从用户CR't的置信度P't，分别归一化每一个初选从用户CR't的置信度P't，得到每个初选从用户CR't的归一化置信度值P′t‾=P′tΣt=1N1P′t,1≤t≤N1;]]>(3-2)根据所得每个初选从用户CR't对应的归一化置信度值计算频谱感知决策中心FC分配给初选从用户CR't需要检测的频段数量Ct：Ct=P′t‾·N1,1≤t≤N1;]]>(4)频谱感知决策中心FC根据参与协作检测的初选从用户CR't的信噪比SNR't，计算所有初选从用户的信噪比均方根值并令信噪比SNR't＝γt；其中，信噪比均方根值的计算如下：γ‾=1N1Σt=1N1(SNR′t)2,N1≤N;]]>(5)频谱感知决策中心FC分别依次计算所有初选从用户的信噪比均方根值与各初选从用户CR't的信噪比SNR't之间的商值ηt；其中，商值ηt的计算公式如下：ηt=|γ‾/γt|,t=1,2,...,N1,N1≤N;]]>(6)设定商值ηt的比较阈值ηWall，频谱感知决策中心FC判断步骤(5)中所得到的商值ηt大于设定的比较阈值ηWall时，则选择该商值ηt对应的初选从用户CR't参与协作检测，执行步骤(7)；否则，不予选取，并仍以步骤(2)中具有最高信噪比的从用户所对应的频谱检测结果作为最终的多频段协作频谱感知结果；(7)频谱感知决策中心FC根据步骤(6)中选择的参与协作的初选从用户的频谱感知结果进行自适应感知融合，以获取参与协作的最佳协作从用户；其中，设定步骤(6)中选择的初选从用户数目为N2，频谱感知决策中心FC的自适应感知融合过程包括如下步骤(7-1)至步骤(7-3)：(7-1)频谱感知决策中心FC根据N2个初选从用户发送的频谱感知结果，统计N2个初选从用户中感知到主用户PU频谱为占用状态的初选从用户数目为m(1≤m≤N2)、感知到主用户PU频谱为空闲状态的初选从用户数目为N2-m；其中，主用户PU频谱为占用状态记为H1，主用户PU1频谱为空闲状态记为H0；(7-2)频谱感知决策中心FC根据N2个初选从用户发送的信噪比，计算m个感知到主用户PU频谱为占用状态H1的从用户诚信系数κ1,j以及N2-m个感知到主用户PU频谱为空闲状态H0的从用户诚信系数κ2,t；其中，诚信系数κ1,j以及κ2,t的计算公式如下：κ1,j=snrj21mΣj=1msnrj2,κ2,t=snrt21N2-mΣt=1N2-msnrt2;]]>(7-3)频谱感知决策中心FC根据m个初选从用户的本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于动态调整的多频段协作频谱感知方法，其特征在于，依次包括如下步骤：(1)设定认知无线网络中，主用户的数量为M，从用户的数量为N，频谱感知决策中心的数量为1，主用户分别独立地占用频谱中的各自频段；N个从用户分别独立地获取自身信噪比SNRj以及对M个主用户占用频段的频谱检测结果，并分别将获取的信噪比SNRj、频谱检测结果、检测置信度Pj和业务需求Rj发送至频谱感知决策中心；其中，主用户记为PUi，从用户记为CRj，频谱感知决策中心记为FC，业务需求Rj∈[0,M]，Pj∈[0,1]，检测置信度Pd,ji为从用户CRj对主用户PUi的检测概率；1≤i≤M，1≤j≤N，M≥2，N≥2；(2)频谱感知决策中心FC接收各从用户CRj发送来的信噪比SNRj、频谱检测结果、检测置信度Pj和业务需求Rj，并判断从用户的信噪比SNRj大于预设的信噪比阈值SNRwall时，则选择此信噪比对应的从用户为参与协作检测的初选从用户，并记初选从用户为CR't，执行步骤(3)；否则，选择具有最高信噪比的从用户所对应的频谱检测结果作为最终的多频段协作频谱感知结果；其中，初选从用户数量为N1，初选从用户CR't对应的信噪比为SNR't、检测置信度为P't、业务需求为R't，1≤t≤N1≤N；频谱感知决策中心FC接收到的频谱检测结果数量为M×N个；(3)频谱感知决策中心FC根据初选从用户CR't的置信度P't、业务需求R't，对初选从用户CR't分配需要检测的频段数量Ct；其中，对初选从用户分配需要检测的频段数量包括如下步骤(3‑1)和步骤(3‑2)：(3‑1)根据各初选从用户CR't的置信度P't，分别归一化每一个初选从用户CR't的置信度P't，得到每个初选从用户CR't的归一化置信度值P′t‾=P′tΣt=1N1P′t,1≤t≤N1;]]>(3‑2)根据所得每个初选从用户CR't对应的归一化置信度值计算频谱感知决策中心FC分配给初选从用户CR't需要检测的频段数量Ct：Ct=P′t‾·N1,1≤t≤N1;]]>(4)频谱感知决策中心FC根据参与协作检测的初选从用户CR't的信噪比SNR't，计算所有初选从用户的信噪比均方根值并令信噪比SNR't＝γt；其中，信噪比均方根值的计算如下：γ‾=1N1Σt=1N1(SNR′t)2,N1≤N;]]>(5)频谱感知决策中心FC分别依次计算所有初选从用户的信噪比均方根值与各初选从用户CR't的信噪比SNR't之间的商值ηt；其中，商值ηt的计算公式如下：ηt=|γ‾/γt|,t=1,2,...,N1,N1≤N;]]>(6)设定商值ηt的比较阈值ηWall，频谱感知决策中心FC判断步骤(5)中所得到的商值ηt大于设定的比较阈值ηWall时，则选择该商值ηt对应的初选从用户CR't参与协作检测，执行步骤(7)；否则，不予选取，并仍以步骤(2)中具有最高信噪比的从用户所对应的频谱检测结果作为最终的多频段协作频谱感知结果；(7)频谱感知决策中心FC根据步骤(6)中选择的参与协作的初选从用户的频谱感知结果进行自适应感知融合，以获取参与协作的最佳协作从用户；其中，设定步骤(6)中选择的初选从用户数目为N2，频谱感知决策中心FC的自适应感知融合过程包括如下步骤(7‑1)至步骤(7‑3)：(7‑1)频谱感知决策中心FC根据N2个初选从用户发送的频谱感知结果，统计N2个初选从用户中感知到主用户PU频谱为占用状态的初选从用户数目为m(1≤m≤N2)、感知到主用户PU频谱为空闲状态的初选从用户数目为N2‑m；其中，主用户PU频谱为占用状态记为H1，主用户PU1频谱为空闲状态记为H0；(7‑2)频谱感知决策中心FC根据N2个初选从用户发送的信噪比，计算m个感知到主用户PU频谱为占用状态H1的从用户诚信系数κ1,j以及N2‑m个感知到主用户PU频谱为空闲状态H0的从用户诚信系数κ2,t；其中，诚信系数κ1,j以及κ2,t的计算公式如下：κ1,j=snrj21mΣj=1msnrj2,]]>κ2,t=snrt21N2-mΣt=1N2-msnrt2;]]>(7‑3)频谱感知决策中心FC根据m个初选从用户的各自感知结果以及诚信系数κ1,j，分别计算主用户PU频谱为占用状态H1的平均检测概率全局检测概率和此占用状态H1对应的全局漏检概率以及主用户PU的频谱为空闲状态H0的平均检测概率全局检测概率此空闲状态H0对应的全局漏检概率和全局虚警概率其中，该过程包括如下步骤...
【技术特征摘要】
1.基于动态调整的多频段协作频谱感知方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
(1)设定认知无线网络中，主用户的数量为M，从用户的数量为N，频谱感知决
策中心的数量为1，主用户分别独立地占用频谱中的各自频段；N个从用户分别独立地
获取自身信噪比SNRj以及对M个主用户占用频段的频谱检测结果，并分别将获取的信
噪比SNRj、频谱检测结果、检测置信度Pj和业务需求Rj发送至频谱感知决策中心；其
中，主用户记为PUi，从用户记为CRj，频谱感知决策中心记为FC，业务需求Rj∈[0,M]，
Pj∈[0,1]，检测置信度Pd,ji为从用户CRj对主用户PUi的检测概率；
1≤i≤M，1≤j≤N，M≥2，N≥2；
(2)频谱感知决策中心FC接收各从用户CRj发送来的信噪比SNRj、频谱检测结果、
检测置信度Pj和业务需求Rj，并判断从用户的信噪比SNRj大于预设的信噪比阈值
SNRwall时，则选择此信噪比对应的从用户为参与协作检测的初选从用户，并记初选从用
户为CR't，执行步骤(3)；否则，选择具有最高信噪比的从用户所对应的频谱检测结果
作为最终的多频段协作频谱感知结果；其中，初选从用户数量为N1，初选从用户CR't对
应的信噪比为SNR't、检测置信度为P't、业务需求为R't，1≤t≤N1≤N；频谱感知决策
中心FC接收到的频谱检测结果数量为M×N个；
(3)频谱感知决策中心FC根据初选从用户CR't的置信度P't、业务需求R't，对初
选从用户CR't分配需要检测的频段数量Ct；其中，对初选从用户分配需要检测的频段数
量包括如下步骤(3-1)和步骤(3-2)：
(3-1)根据各初选从用户CR't的置信度P't，分别归一化每一个初选从用户CR't的
置信度P't，得到每个初选从用户CR't的归一化置信度值P′t‾=P′tΣt=1N1P′t,1≤t≤N1;]]>(3-2)根据所得每个初选从用户CR't对应的归一化置信度值计算频谱感知决
策中心FC分配给初选从用户CR't需要检测的频段数量Ct：
Ct=P′t‾·N1,1≤t≤N1;]]>(4)频谱感知决策中心FC根据参与协作检测的初选从用户CR't的信噪比SNR't，
计算所有初选从用户的信噪比均方根值并令信噪比SNR't＝γt；其中，信噪比均方根
值的计算如下：
γ‾=1N1Σt=1N1(SNR′t)2,N1≤N;]]>(5)频谱感知决策中心FC分别依次计算所有初选从用户的信噪比均方根值与各
初选从用户CR't的信噪比SNR't之间的商值ηt；其中，商值ηt的计算公式如下：
ηt=|γ‾/γt|,t=1,2,...,N1,N1≤N;]]>(6)设定商值ηt的比较阈值ηWall，频谱感知决策中心FC判断步骤(5)中所得到
的商值ηt大于设定的比较阈值ηWall时，则选择该商值ηt对应的初选从用户CR't参与协作
检测，执行步骤(7)；否则，不予选取，并仍以步骤(2)中具有最高信噪比的从用户
所对应的频谱检测结果作为最终的多频段协作频谱感知结果；
(7)频谱感知决策中心FC根据步骤(6)中选择的参与协作的初选从用户的频谱
感知结果进行自适应感知融合，以获取参与协作的最佳协作从用户；其中，设定步骤(6)
中选择的初选从用户数目为N2，频谱感知决策中心FC的自适应感知融合过程包括如下
步骤(7-1)至步骤(7-3)：
(7-1)频谱感知决策中心FC根据N2个初选从用户发送的频谱感知结果，统计N2个初选从用户中感知到主用户PU频谱为占用状态的初选从用户数目为m
(1≤m≤N2)、感知到主用户PU频谱为空闲状态的初选从用户数目为N2-m；其中，
主用户PU频谱为占用状态记为H1，主用户PU1频谱为空闲状态记为H0；
(7-2)频谱感知决策中心FC根据N2个初选从用户发送的信噪比，计算m个感知
到主用户PU频谱为占用状态H1的从用户诚信系数κ1,j以及N2-m个感知到主用户PU
频谱为空闲状态H0的从用户诚信系数κ2,t；其中，诚信系数κ1,j以及κ2,t的计算公式如下：
κ1,j=snrj21mΣj=1msnrj2,]]>κ2,t=snrt21N2-mΣt=1N2-msnrt2;]]>(7-3)频谱感知决策中心FC根据m个初选从用户的各自感知结果以及诚信系数
κ1,j，分别计算主用户PU频谱为占用状态H1的平均检测概率全局检测概率
和此占用状态H1对应的全局漏检概率以及主用户PU的频谱为空闲状态
H0的平均检测概率全局检测概率此空闲状态H0对应的全局漏检概率
和全局虚警概率其中，该过程包括如下步骤(a)至步骤(f)：
(a)建立m个初选从用户协作感知的全局错误检测概率Pe，获取关于决策门限的
能量检测优化函数γ*以及能量检测的最优门限值γopt，并计算主用户PU频谱为占用状
态H1的平均检测概率其中，
m个初选从用户协作感知的全局错误检测概率Pe计算公式如下：
Pe=PH0Pf+PH1Pm,]]>PH1=1-P...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑紫微，秦闯，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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