一种基于ＳＮＲ比较的感知无线电协作频谱检测方法技术

本发明专利技术请求保护一种基于ＳＮＲ比较的感知无线电协作频谱检测算法，涉及无线通信系统。该方法是把ＳＮＲ估计技术用于感知无线电中，把各感知节点接收信号的ＳＮＲ作为感知节点可靠性的参考，每个感知节点同时发送它的本地检测结果和估计的ＳＮＲ值到融合中心，在融合中心处先比较来自各感知节点的ＳＮＲ的大小，然后根据本发明专利技术提出的筛选算法选取有较好ＳＮＲ的感知节点参与判决融合。采用本方法能有效提高频谱检测的性能，并可能减少参与判决融合的节点数量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信领域，尤其涉及感知无线电技术。
技术介绍
为了提高感知无线电(CR)中空闲频谱的检测性能，提出了多用户合作的协作频谱检测算法，它使用分布式检测系统来克服严重衰减的接收信号能量。在协作频谱检测方法中，有许多经典的算法来融合本地判决并得出全局判决，例如K/N准则等。然而这些准则没有考虑各节点本地检测结果的可靠性差异。参考文献[Peng Qihang，Zeng Kun，Wang Jun，″a Distributed SpectrumSensing Scheme based on Credibility and Evidence Theory in CognitiveRadio Context[C]″，IEEE 17th International Symposium on Personal，Indoorand Mobile Radio Communications，2006，pp1-5]提出一种提高协作增益的方法，它是通过将本地判决结果和所有检测节点的可信度进行结合，传输可信度到融合中心。虽然采用这个算法要好于K/N准则，但是它需要主用户信号的先验信息来计算可信度。通常主用户信号的先验信息是并不知道的，这就需要发送容易知道的其它信息来代替可信度。大部分的频谱检测算法没有考虑到感知节点的可信度，即使有考虑也要知道一些不容易获取的其它信息。在传统的感知无线电协作频谱检测中，都只是考虑将本地频谱检测结果的最后一个bit(1或者0，分别代表存在主用户和不存在主用户)传给融合中心进行处理。当然，这是开销最小、最节省带宽的一种方式，当仅传送一个bit时就是表示融合中心完全信任该感知节点的本地频谱检测结果。但在实际的感知无-->线电网络环境中感知节点的本地检测并不总是完全可信的，由于感知节点是随机分布的，离主用户发射端的距离各不相同，故信号传输经历的衰落和阴影影响也不相同，并且在空闲频谱检测的初始阶段不能做到理想功率控制，这些因素都导致了各感知节点接收信号的SNR不相同，这将会对感知节点的可靠性产生影响。也就是说，那些经历了严重衰落和阴影影响的感知节点(即接收信号的SNR较低的节点)，由于所接收到的信号太弱，导致对信号的检测结果的可信度较低，这样会对协作频谱检测的判决融合性能产生很大影响。这是因为在深度衰落中的感知节点会存在严重的虚警或漏检情况，而这些有错误判决的感知节点的信息又参与了最终的协作判决，结果是当这种节点的数量较多时，协作频谱检测的性能将会下降。因此可以考虑在传送本地频谱检测结果的同时，适当增加一点系统的开销，也就是将检测结果的可信度参考值(例如SNR)传送给融合中心，以便于融合中心能据此做出更合理可靠的判决。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的上述缺陷，基于频谱检测性能和易于实现之间的综合考虑，将信噪比(SNR)估计应用于感知无线电协作频谱检测中，将SNR的估计值作为额外的数据发送到融合中心(可以是感知基站或是某个感知节点)，为各感知节点的可靠性提供参考，以此来提高频谱检测的性能。实现本专利技术所采用的技术方案是，感知无线电网络中每个感知节点进行SNR估计获得SNR值，每个感知节点采用能量检测方法获得本地判决结果；发送这个本地判决和估计的SNR值到融合中心。然后在融合中心比较来自各感知节点的SNR的大小，按照本专利技术提出的筛选算法来剔除有较差SNR的感知节点，选取有较好SNR的感知节点参与判决融合，融合中心采用筛选算法选取有较好SNR的感-->知节点采用K/N准则参与判决融合获得最终判决结果，融合中心得出一个最终的判决结果，并将最终判决结果通知给各感知节点，完成频谱检测的任务。选取有较好SNR的感知节点的步骤进一步包括，在融合中心处先比较来自各感知节点的SNR的大小，选出其中的最大值，然后以这个选出的SNR的最大值作为参考，跟剩下的SNR分别相减，将差值与融合中心的阈值λ比较，小于等于融合中心阈值λ所对应的感知节点为有较好SNR的感知节点，参与判决融合。所述K/N准则具体为，K＝1遵循OR准则，K＝N遵循AND准则，K在1和N之间，遵循MOST准则，其中K等于本地判决结果是1的节点数量，N等于感知网络中所有的节点数量。OR准则为，只要有一个节点的本地判决结果为1，则最终融合判决结果为1，表示有主用户存在；AND准则为，只有所有节点的本地判决结果是1，最终融合判决结果才为1；MOST准则为，如果本地判决结果中1的数量大于0的数量，则最终融合判决结果为1，否则最终融合判决结果为0。融合中心的阈值λ的具体确定方法为，设置各个感知节点信噪比差值为初始阈值，在各种初始阈值情况下分别对协作频谱检测的接收端运行特征ROC仿真，获得各感知节点协作检测的ROC曲线，检测概率最好的ROC曲线对应的初始阈值确定为融合中心的阈值λ。采用本专利技术所提出的基于融合中心处进行SNR比较的协作频谱检测方法，可以有效提高感知无线电频谱检测的性能，还可能减少参与判决融合的节点数量。而且对于SNR的估计易于实现，可以作为感知节点可靠性的参考信息。附图说明图1协作频谱检测过程示意图图2本地判决的能量检测框图图3在融合中心处选取有较好SNR的感知节点流程图-->图4基于SNR比较的OR协作检测在不同初始阈值λ下的ROC比较图5提出的方法与其它检测方法的ROC比较(融合中心阈值λ＝1)具体实施方式本专利技术在感知无线电网络中的每个感知节点都设置了SNR估计功能，使感知节点可以进行接收信号的SNR估计。目前SNR估计可采用的方法有很多，例如：最大似然估计(ML)、分割符号矩估计(SSME)、二阶矩-四阶矩估计(M2M4)、最小均方误差估计(MMSE)等。图1所示为协作频谱检测过程图，图中N0是具有频谱检测功能的融合中心，Ni(i＝1，2，……m)是m个与N0相邻的感知节点，yi表示在Ni处接收到的主用户信号，ui是Ni发送到N0的本地频谱检测报告，该检测报告包含了本地频谱检测结果(用1或0表示，分别代表存在主用户信号和不存在主用户信号)和估计的SNR值。这些本地频谱检测结果和SNR估计值被送到融合中心后，根据SNR的大小选取出有较好SNR的感知节点，再将这些较好SNR的感知节点的本地频谱检测结果参与判决融合，最后得到一个最终的检测判决结果u。如果u＝1表示存在主用户信号，说明检测的带宽内没有频谱空洞，感知节点不能使用该频谱；u＝0表示不存在主用户信号，检测的带宽内存在频谱空洞，那么感知节点可以使用该频谱进行通信。每个感知节点独立地执行本地频谱检测和SNR估计，然后发送它的本地频谱检测结果和SNR估计值到融合中心。这里以采用能量检测方法为例对本地频谱检测方法进行说明。实际上，能量检测是在一定频带范围作能量积累，如果积累的能量高于一定的门限值，则说明有信号存在，感知节点不能占用该信号频段，如果低于一定的门限值，则说明仅有噪声，感知节点可以占用该信号频段。感知节点可通过能量检测方法-->作出本地判决，判决是否存在主用户。能量检测方法的流程框图如图2所示，每个感知节点先将接收到的用户信号yi通过一个带通滤波器(BPF)，通过该带通滤波器选取出感知节点需检测的频带，然后依次经过平方器和对信号M个抽样求和后，得到本地判决统计量Y。调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＳＮＲ比较的感知无线电协作频谱检测方法，其特征在于，感知无线电网络中每个感知节点进行ＳＮＲ估计获得ＳＮＲ值，每个感知节点采用能量检测方法获得本地判决结果；并发送本地判决结果和估计的ＳＮＲ值到融合中心，融合中心采用筛选算法选取有较好ＳＮＲ的感知节点采用Ｋ／Ｎ准则参与判决融合获得最终判决结果，并将最终判决结果通过报告信道发送给各感知节点。

【技术特征摘要】
1、一种基于SNR比较的感知无线电协作频谱检测方法，其特征在于，感知无线电网络中每个感知节点进行SNR估计获得SNR值，每个感知节点采用能量检测方法获得本地判决结果；并发送本地判决结果和估计的SNR值到融合中心，融合中心采用筛选算法选取有较好SNR的感知节点采用K/N准则参与判决融合获得最终判决结果，并将最终判决结果通过报告信道发送给各感知节点。2、根据权利要求1所述的感知无线电协作频谱检测方法，其特征在于，选取有较好SNR的感知节点的步骤进一步包括，在融合中心处先比较来自各感知节点的SNR的大小，选出其中的最大值，然后以这个选出的SNR的最大值作为参考，跟剩下的SNR分别相减，将差值与融合中心的阈值λ比较，小于等于融合中心阈值λ所对应的感知节点为有较好SNR的感知节点，参与判决融合。3、根据权利要求1所述的感知无线电协作频谱检测方法，其特征在于，所述K/N准则具...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢显中，郑轶，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]