专利名称：：认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法
技术领域：
：本发明涉及无线数字通信
技术领域：
，具体涉及一种认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法，能快速、高效、可靠地检测出多个信道上主用户的活动状态，并能降低每个次用户的感知能力要求、适应不同的网络规模。
背景技术：
：认知无线电(cognitiveradio,CR)作为一种新型的智能无线传输技术，它通过感知周围的无线传输特征，自适应地调整传输参数，有效解决了频谱资源匮乏的问题。迅速准确地进行频谱估计是有效利用频谱资源的基本前提，目前频谱感知方法主要有发送端检测、合作检测、基于干扰的检测。由于阴影、衰落、噪声、瞬时干扰等的影响，发送端检测的性能不是很好，且由于复杂度、实时性和可靠性等原因这种检测方法通常只适用于窄带检测；基于干扰的检测是将干扰从发送端为中心变换到以接收端为中心进行管理，即将其转换为所谓的干扰温度的测量，但是固定点的干扰温度测量仍然不能反映干扰分布的准确情况；合作检测，利用不同次用户之间的合作，既能提高检测性能，还能实现宽带多信道检测，因此该检测方法更适合于宽带认知通信系统。但是合作检测必然会带来一定的带宽、功率开销，因此尽量减少检测复杂度，同时尽量提高检测速度是宽带多信道条件下合作检测的两个设计目标。由于主用户对信道的使用通常比较稀疏，长期统计显示，多数信道多数时间内均处于空闲状态(例如广播频段)。传统的对全部信道进行逐一扫描检测的方法效率低下，通常会造成很大的检测延迟。利用上述多数信道多数时间内均处于空闲状态的特点，可以不必对每个信道进行逐一检测，而通过对其中部分信道进行随机联合检测，再对检测结果进行适当的推理综合，将同样能够检测出全部信道上主用户的活动状态，这将大大提高检测效率，减少感知时延，从而提高频谱效率。这正是本发明的主要技术思想。
发明内容本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法。一种认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法是认知无线通信系统中的每个次用户根据理想孤波分布从所有要感知的信道中随机选择部分信道进行感知，并将所感知的部分信道上的采样信号的能量和作为感知结果发送给融合中心，当融合中心接收到的感知结果的数目不少于信道总数目时，融合中心即采用基于"或"运算的置信传播算法对所有信道上主用户的活动状态做出分析、综合及判决，具体步骤如下1)每个次用户先按理想孤波分布随机生成一个度数《，"-l，…，AM乍为该次用户的感知信道数目，再从所有要感知的信道中随机选取《,"=1,...,^个信道作为该次用户所要感知的部分信道，理想孤波分布的表达式为其中w表示次用户的标号，iV表示认知无线通信系统中次用户的数目，M^为每个次用户每次能够感知的最大信道数目；2)每个次用户采用能量检测法得到其所感知的部分信道上采样信号的能量和，并将这个能量和作为感知结果，然后将其感知的部分信道的标号、感知结果作为该次用户的感知信息发送给融合中心；3)融合中心每接收到iV个感知信息后，与之前接收到的感知信息构成一幅增广图，并判断感知信息的总数目是否不少于信道总数目，若满足，融合中心开始采用基于"或"运算的置信传播算法分析判决出所有信道上主用户的活动状态，否则融合中心继续等待接收下一个感知过程的感知信息；4)融合中心根据基于"或"运算的置信传播算法计算所有信道上主用户的活动状态的对数似然比Z丄及—Cto"m，m=l，...,M，其中m表示信道的标号，M表示认知无线通信系统所要感知的信道总数目，所有信道的初始信道状态为空闲和占用的概率分别为0.5、0.5，并将W[C^与预设门限rp72进行比较，若丄丄i—C^"ffl27;，则第m个信道Cb上主用户的活动状态判为1，即信道被占用，若i^i—c^"^r2，则第m个信道c^上主用户的活动状态判为0，即信道空闲，否则融合中心无法判决出第m个信道C^"^上主用户的活动状态，认知无线通信系统中的所有次用户需要再进行一次感知，；5)重复步骤l)步骤4)，直至融合中心在认知无线通信系统规定的最大感知次数内能判决出所有信道上主用户的活动状态为止。一种认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法是认知无线通信系统中的每个次用户根据理想孤波分布从所有要感知的信道中随机选择部分信道进行感知，并将所感知的部分信道上的采样信号的能量和作为感知结果发送给融合中心，融合中心每接收到一次感知过程的感知结果时，即采用基于"或"运算的置信传播算法对所有信道上主用户的活动状态做出分析、综合及判决，并释放状态己检出的信道，从而避免对状态已检出的信道进行重复检测，具体步骤如下6)每个次用户先按理想孤波分布随机生成一个度数《，"-l,…,iV作为该次用户的感知信道数目，再从认知无线通信系统的感知信道集合中随机选取《，"-l，…,7V个信道作为该次用户所要感知的部分信道，第一轮感知过程中的感知信道集合为所有信道，理想孤波分布的表达式如下所示1-1),/=2，...，min(M鹏，M朋編)其中"表示次用户的标号，AT表示认知无线通信系统中次用户的数目，M^为每个次用户每次能够感知的最大信道数目，M*。&为状态未检出的信道数目；7)每个次用户采用能量检测法得到其所感知的部分信道上采样信号的能量和，并将这个能量和作为感知结果，然后将其感知的部分信道的标号、感知结果作为该次用户的感知信息发送给融合中心；8)融合中心每接收到iV个感知信息后，与之前接收到的感知信息构成一幅增广图，对于第w个信道Cte,m"，…，M，其中m表示信道的标号，M表示认知无线通信系统所要感知的信道总数目，若融合中心未判决出该信道上主用户的活动状态，则该信道的初始信道状态为空闲和占用的概率分别为0.5、0.5，若融合中心判决出该信道上主用户的活动状态为O，即信道空闲，则该信道的初始信道状态为空闲和占用的概率分别为1、0，若融合中心判决出该信道上主用户的活动状态为l，即信道被占用，则该信道的初始信道状态为空闲和占用的概率分别为0、1;融合中心采用基于"或"运算的置信传播算法计算状态未检出的信道上主用户的活动状态的对数似然比—CA气，并将U^Cto与预设门限7;、7i进行比较，若Ui—C7^27;，则第m个信道Cto的活动状态判为l，即信道被占用，若丄iJ—a^"^r2，则第m个信道c;^的活动状态判为0，即信道空闲，否则融合中心无法判决出第m个信道C7^的活动状态，认知无线通信系统中的所有次用户需要再进行一次感知；9)融合中心将已经判决出活动状态的信道广播给所有次用户，次用户收到广播信息后，更新认知无线通信系统的感知信道集合及状态未检出的信道数目M^g，并进入下一轮感知；10)重复步骤6)步骤9)，直至融合中心在认知无线通信系统规定的最9大感知次数内能判决出所有信道上主用户的活动状态为止。所述的融合中心采用基于"或"运算的置信传播算法计算所有信道上主用户的活动状态，算法为(1)对于第n个次用户节点St/，融合中心根据第"个次用户节点SC/的感知的部分信道上采样信号的能量和以及这些信道上主用户的活动状态为空闲和占用的概率P!LC/z"(0)、Pr一Oz"(1)计算第w个次用户节点St/的各个感知信道上主用户的活动状态的对数似然比"及丄Cto""，,meC;，并将C/P—￡Zi_Cton^,meC"作为置信传播算法中变量节点向校验节点传递的消息，C表示SC/感知的部分信道，C/户_—C/fl"m，meC的计算公式为〃P"，A、=，")，二/d",")"、--'/(zm=o|i;)sSz，=o，zm|r)其中^表示第m个信道C/zc^上主用户的活动状态，、表示去除第m个信道c^"M后第w个次用户节点st/"感知的其他信道上主用户的活动状态，；r"表示st/感知的部分信道上采样信号的能量和；(2)对于第m个信道Cto，融合中心根据从不同次用户节点传递来的消息C/P—"i一Cto"^,"e^以及置信传播算法中的"等号"校验准则更新第"个次用户节点S^，"e^关于第m个信道Cto上主用户的活动状态的对数似然比ZXWW—LL/—C7^"m,weSm，并将D6WiV—U及—Cto"m,"eSm作为置信传播算法中校验节点向变量节点传递的消息，Sm表示对第m个信道Ck进行感知的次用户节点，ZXWW——Ozcm^，"e^的计算公式为DOPFiV—Z丄及一C/w"m=S4eSC/尸——C/zaffl—f/户——C/w"m(4)(3)对于第"个次用户节点SR感知的第m个信道C^,meC"，融合中心根据D(9『iV—Cto"^计算第m个信道Cha^上主用户的活动状态为空闲和占用的概率Pr_C/w"m(0)、Pr—C/2fl"m(l)，Pr—C/za"m(0)、Pr—C/^"m(l)的计算公式为Pr—C/Kmm(0)=l/[l+exp—丄￡及—Ozaw"m)](5)Pr一C/气(1)=1-Pr—c;气(0)(6)(4)重复步骤(1)步骤(3)，直至到达认知无线通信系统规定的迭代次数为止；(5)对于第m个信道Cto，融合中心根据从不同次用户节点的传递来的消息<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>计算迭代终止时第m个信道(^气上主用户的活动状态的对数似然比丄丄及—<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>的计算公式为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>一种认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法是认知无线通信系统中的每个次用户根据理想孤波分布从所有要感知的信道中随机选择部分信道进行感知，并对所感知的部分信道上的采样信号的能量和进行门限判决，等效地获得这些信道上主用户的活动状态的"或"值，并选择置信度高的"或"值作为感知结果发送给融合中心，融合中心采用"边检测边释放"的方法检测出所有信道上主用户的活动状态，具体步骤如下11)每个次用户先按理想孤波分布随机生成一个度数《,w-l，…，iV作为该次用户的感知信道数目，再从认知无线通信系统的感知信道集合中随机选取《,w-l，…，iV个信道作为该次用户所要感知的部分信道，第一轮感知过程中的感知信道集合为所有信道，理想孤波分布的表达式如下所示1/min(M,，M训血c。血)，/=l<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>其中"表示次用户的标号，W表示认知无线通信系统中次用户的数目，M^为每个次用户每次能够感知的最大信道数目，M*。&为状态未检出的信道数目；12)每个次用户采用能量检测法得到其所感知的部分信道上采样信号的能量和，并进行门限判决，等效地获得这些信道上主用户的活动状态的"或"值作为感知结果，判决门限根据纽曼-皮尔逊准则获得；13)每个次用户计算其感知结果的置信度，即次用户所感知的部分信道上主用户的活动状态的的"或"值的对数似然比IXi—若￡￡*—SR大于等于门限7;或者小于等于门限72，则次用户将其感知的部分信道的标号、感知结果作为感知信息发送给融合中心，否则不发送；14)融合中心每接收到iV个感知信息后，与之前接收到的感知信息构成一幅增广图，根据更新后的增广图先对度数，即感知信道的数目为l以及等效状态"或"值为0的信道进行判决，并将活动状态判为0，即信道空闲，并将空闲的信道从增广图中去除，度数减l，再试图寻找是否仍存在度数为1的次用户节点，若存在，将该信道上主用户的活动状态判为1，即信道被占用，如此重复，直至寻找不到度数为1的次用户节点为止；15)融合中心将己经判决出活动状态的信道广播给所有次用户，次用户收到广播信息后，更新认知无线通信系统的感知信道集合及状态未检出的信道数目^Lw，并进入下一轮感知；16)重复步骤ll)步骤15)，直至融合中心在认知无线通信系统规定的最大感知次数内判决出所有信道上主用户的活动状态为止。本发明能快速、高效、可靠地检测出多个信道上主用户的活动状态、并能降低每个次用户感知能力要求、适应不同网络规模，实现简单，易于实施，复杂度较低，非常具有实际价值。由于认知无线通信系统中每个次用户仅从所有信道中随机选择部分信道进行联合检测，并将这些信道的感知结果统一发送给融合中心，由融合中心对感知结果进行适当推理综合，判决出所有信道上主用户的活动状态，因此认知无线通信系统能迅速准确地检测出多个信道上主用户的活动状态、并能降低次用户感知能力要求、适应不同网络规模，大大提高检测效率，减少感知时延，从而提高频谱效率。图1为认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法的结构框图；图2为认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法的算法性能与信噪比的曲线图，包括认知无线通信系统的检测概率、虚警概率以及在认知无线通信系统规定的最大感知次数内判决出所有信道上主用户的活动状态的概率；图3为认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法的算法性能与认知无线通信系统规定的最大感知次数的曲线图，包括认知无线通信系统的检测概率、虚警概率以及在认知无线通信系统规定的最大感知次数内判决出所有信道上主用户的活动状态的概率；图4为认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法在认知无线通信系统规定的最大感知次数内判决出所有信道上主用户活动状态的概率与信道数目、次用户数目的曲线图。具体实施方式认知无线通信系统中的每个次用户在每次感知过程中仅随机选择所有信道中的部分信道进行联合检测，并将感知结果统一发送给融合中心，由融合中心对感知结果进行适当推理综合，判决出所有信道的活动状态，大大提高检测效率，减少感知时延，从而提高了频谱效率。认知无线通信系统中的每个次用户在每次感知过程中根据理想孤波分布从所有要感知的信道中随机选择部分信道进行感知，并将该部分信道的信道标号以及该部分信道的感知结果发送给融合中心，融合中心再利用置信传播等推理算法对所有信道上主用户的活动状态做出综合分析及判决。该方法能够快速、高效、可靠地检测出多个信道上主用户的活动状态，并能降低每个次用户的感知能力要求、适应不同网络规模的合作感知方法，大大提高了检测效率，减少感知时延，从而有效提高频谱利用率，例如该方法能快速准确地检测出部分信道同时处于空闲状态的情况，并且能在认知无线通信系统规定的最大感知次数内通过多次感知检测出部分信道同时处于占用状态的情况。以下参照附图对本发明作进一步描述。本发明中一种认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法的结构框图如图l所示，认知无线电系统由AT个次用户(SecondaryUser，SU)和一个融合中心(FusionCenter,FC)组成(例如蜂窝系统中，基站可用作融合中心)，且认知无线电系统需要感知M个信道；受硬件设备的限制，每个次用户最多能感知M^个信道；受主用户占用信道的活动规律的限制，认知无线通信系统规定一个最大感知次数T^以适应信道占用过程的动态变化。下面举例对一种认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法进行说明。假设认知无线通信系统中有4个次用户和1个融合中心，且认知无线通信系统需要检测4个信道，每个次用户的最大感知信道数目为2，认知无线通信系统的最大感知次数为5，即M-4，AT-4，Mmax=2，rmax=5;每个信道被不同的主用户占用，且主用户对每个信道的占用过程独立同分布(如每个信道被主用占用的概率均为0.5)，每个主用户信号均采用可靠的调制方式(例如BPSK调制)进行传输，每个信道上的信噪比相同，均为SW，每个次用户的背景噪声服从均值为0，方差为1的复高斯过程。每个次用户均采用能量检测法估计其所感知的部分信道上采样信号的能量和(即检验量)，采样点数为尺(例如《=64，可采用快速傅立叶变换(FastFourierTransform,FFT)计算检验量)，当《较大时(K04)，检验量渐进服从高斯分布，例如单信道检测下的检验量在主用户不存在i/。，主用户存在马两种假设下的概率密度函数分别如下所示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>其中^表示单信道检测下的检验量，五表示主用户信号的能量，即^SWx《。一种认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法中，.认知无线通信系统中的每个次用户节点需要计算其各个感知信道上主用户活动状态的对数似然比丄Zi—Cto"，m，因此当检验量渐进服从高斯分布时，第w个次用户节点SC/感知的第m个信道Cto"^的似然比—C/^"^可按如下公式进行计算-<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>其中zm表示第m个信道C/^"m的活动状态，z,表示去除Cto"m后SC/感知的其他信道的活动状态，c"表示sc/"感知的部分信道，j;表示sc/"感知的部分信道上采样信号的能量和，^表示第/个信道处于空闲状态(o)的概率，^表示第/个信道处于占用状态(1)的概率，《表示第K个次用户的感知信道数目，A，,表示第"个次用户感知的第/个信道上主用户信号的能量，即￡,,-SV及x尺。一种认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法中，认知无线通信系统中的每个次用户节点需要计算其感知结果的置信度，即次用户感知的部分信道上主用户的活动状态的"或"值的对数似然比"i—Sf/，因此当检验量渐进服从高斯分布时，第"个次用户节点sc/"的感知结果的对数似然比"及_5￡/可按如下公式进行计算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>其中r表示sc/感知的部分信道上采样信号的能量和，《表示第w个次用户感知信道的数目，c"表示st/"的所要感知的部分信道，G表示sf/"的感知结果为1的信道状态集合，即满足Z^z^1，《表示sc/"的感知结果为0的信道状态集合，即满足S^z,0，^表示第/个信道处于空闲状态(o)的概率，^表示第/个信道处于占用状态(l)的概率，￡，,表示第"个次用户感知的第/个信道上主用户信号的能量，即A,SiWx《。一种认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法是认知无线通信系统中的每个次用户根据理想孤波分布从所有要感知的信道中随机选择部分信道进行感知，并将所感知的部分信道上的采样信号的能量和作为感知结果发送给融合中心，当融合中心接收到的感知结果的数目不少于信道总数目时，融合中心即采用基于"或"运算的置信传播算法对所有信道上主用户的活动状态做出分析、综合及判决，具体步骤如下1)每个次用户先按理想孤波分布随机生成一个度数《,"-l，…，iV作为该次用户的感知信道数目，再从所有要感知的信道中随机选取《,"-l,…，iV个信道作为该次用户所要感知的部分信道，理想孤波分布的表达式为〃U,!、2,…，M國其中w表示次用户的标号，iV表示认知无线通信系统中次用户的数目，M^为每个次用户每次能够感知的最大信道数目；2)每个次用户采用能量检测法得到其所感知的部分信道上采样信号的能量和，并将这个能量和作为感知结果，然后将其感知的部分信道的标号、感知结果作为该次用户的感知信息发送给融合中心；3)融合中心每接收到W个感知信息后，与之前接收到的感知信息构成一幅增广图，并判断感知信息的总数目是否不少于信道总数目，若满足，融合中心开始采用基于"或"运算的置信传播算法分析判决出所有信道上主用户的活动状态，否则融合中心继续等待接收下一个感知过程的感知信息；4)融合中心根据基于"或"运算的置信传播算法计算所有信道上主用户的活动状态的对数似然比i^—C/w"m,m=l，...,M，其中w表示信道的标号，M表示认知无线通信系统所要感知的信道总数目，所有信道的初始信道状态为空闲和占用的概率分别为0.5、0.5,并将丄KCto与预设门限7;、72进行比较，若wi^cto27;，则第m个信道a/"上主用户的活动状态判为l，即信道被占用，若zzj—c/zfl"m《r2，则第m个信道c^上主用户的活动状态判为0，即信道空闲，否则融合中心无法判决出第m个信道Cto上主用户的活动状态，认知无线通信系统中的所有次用户需要再进行一次感知，；5)重复步骤l)步骤4),直至融合中心在认知无线通信系统规定的最大感知次数内能判决出所有信道上主用户的活动状态为止。一种认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法是认知无线通信系统中的每个次用户根据理想孤波分布从所有要感知的信道中随机选择部分信道进行感知，并将所感知的部分信道上的采样信号的能量和作为感知结果发送给融合中心，融合中心每接收到一次感知过程的感知结果时，即采用基于"或"运算的置信传播算法对所有信道上主用户的活动状态做出分析、综合及判决，并释放状态已检出的信道，从而避免对状态已检出的信道进行重复检测，具体步骤如下6)每个次用户先按理想孤波分布随机生成一个度数《，"4，…，iV作为该次用户的感知信道数目，再从认知无线通信系统的感知信道集合中随机选取《,n-l,…,iV个信道作为该次用户所要感知的部分信道，第一轮感知过程中的感知信道集合为所有信道，理想孤波分布的表达式如下所示其中w表示次用户的标号，iV表示认知无线通信系统中次用户的数目，M为max每个次用户每次能够感知的最大信道数目，Mwmfe#为状态未检出的信道数目；7)每个次用户采用能量检测法得到其所感知的部分信道上采样信号的能量和，并将这个能量和作为感知结果，然后将其感知的部分信道的标号、感知结果作为该次用户的感知信息发送给融合中心；8)融合中心每接收到iV个感知信息后，与之前接收到的感知信息构成一幅增广图，对于第附个信道C/^^，m二l，…,M，其中m表示信道的标号，M表示认知无线通信系统所要感知的信道总数目，若融合中心未判决出该信道上主用户的活动状态，则该信道的初始信道状态为空闲和占用的概率分别为0.5、0.5，若融合中心判决出该信道上主用户的活动状态为O，即信道空闲，则该信道的初始信道状态为空闲和占用的概率分别为1、0，若融合中心判决出该信道上主用户的活动状态为l，即信道被占用，则该信道的初始信道状态为空闲和占用的概率分别为0、1;融合中心采用基于"或"运算的置信传播算法计算状态未检出的信道上主用户的活动状态的对数似然比ZZJ—Cto，并将Mi—C7^与预设门限7;、5进行比较，若zm—c/^2t;，则第m个信道cto的活动状态判为l，即信道被占用，若zzj—c^"^r2，则第w个信道ck的活动状态判为0，即信道空闲，否则融合中心无法判决出第m个信道C^的活动状态，认知无线通信系统中的所有次用户需要再进行一次感知；9)融合中心将已经判决出活动状态的信道广播给所有次用户，次用户收到广播信息后，更新认知无线通信系统的感知信道集合及状态未检出的信道数目^"^a，并进入下一轮感知；10)重复步骤6)步骤9),直至融合中心在认知无线通信系统规定的最大感知次数内能判决出所有信道上主用户的活动状态为止。所述的融合中心采用基于"或"运算的置信传播算法计算所有信道上主用户的活动状态，算法为(1)对于第"个次用户节点S""，融合中心根据第w个次用户节点Sf/"的感知的部分信道上采样信号的能量和以及这些信道上主用户的活动状态为空闲和占用的概率Pr—C^"ffl(0)、Pr_C^"m(l)计算第"个次用户节点SC/的各个感知信道上主用户的活动状态的对数似然比—C^"，m,meC，并将t/P_Hi—Cto"，m，meC作为置信传播算法中变量节点向校验节点传递的消息，C"表示St/"感知的部分f言道，2Zi—C/w"m，》7eC的计算公式为〃p^，，Sz/(zm=l,z,)--'/(zm=0|y)Dm=0，z))其中^表示第m个信道C7^上主用户的活动状态，z表示去除第m个信道c^后第"个次用户节点sc/n感知的其他信道上主用户的活动状态，i;表示Sf/感知的部分信道上采样信号的能量和；(2)对于第附个信道Cto，融合中心根据从不同次用户节点传递来的消息C/P—￡M—C^"—"e^以及置信传播算法中的"等号"校验准则更新第"个次用户节点SC/"，"e&关于第m个信道C^上主用户的活动状态的对数似然比Z)CWJV—"i—Ch","e&，并将Z)CWW—LLR—C/^，m,"eSm作为置信传播算法中校验节点向变量节点传递的消息，^表示对第M个信道C/^进行感知的次用户节点，DCWW—C^"—託^的计算公式为DOPTiV—Hi—C/flw"m=ZAeSC/尸—ZZ及—C7zflm—f/尸—一C/ww"m(8)(3)对于第"个次用户节点Sf/"感知的第m个信道(^气，meC;，融合中心根据DCWiV—iZi—C&"^计算第m个信道Cha^上主用户的活动状态为空闲和占用的概率PiLC/za(0)、Pr—Cto"(l),Pr_Oza"m(0)、Pr—C/2""m(l)的计算公式为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage0</formula>(9)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage0</formula>(10)(4)重复步骤(1)步骤(3)，直至到达认知无线通信系统规定的迭代次数为止；(5)对于第m个信道C^，融合中心根据从不同次用户节点的传递来的消息C/户—"及—C^"^,"e&计算迭代终止时第m个信道C^上主用户的活动状态的对数似然比"及—Ow"m，U及—Ck"m的计算公式为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage0</formula>(11)一种认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法是认知无线通信系统中的每个次用户根据理想孤波分布从所有要感知的信道中随机选择部分信道进行感知，并对所感知的部分信道上的采样信号的能量和进行门限判决，等效地获得这些信道上主用户的活动状态的"或"值，并选择置信度高的"或"值作为感知结果发送给融合中心，融合中心采用"边检测边释放"的方法检测出所有信道上主用户的活动状态，具体步骤如下11)每个次用户先按理想孤波分布随机生成一个度数《,"=1,..^作为该次用户的感知信道数目，再从认知无线通信系统的感知信道集合中随机选取《,^1，…，iV个信道作为该次用户所要感知的部分信道，第一轮感知过程中的感知信道集合为所有信道，理想孤波分布的表达式如下所示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage0</formula>(12)其中"表示次用户的标号，iV表示认知无线通信系统中次用户的数目，M^为每个次用户每次能够感知的最大信道数目，M^^^为状态未检出的信道数目；12)每个次用户采用能量检测法得到其所感知的部分信道上采样信号的能量和，并进行门限判决，等效地获得这些信道上主用户的活动状态的"或"值作为感知结果，判决门限根据纽曼-皮尔逊准则获得；13)每个次用户计算其感知结果的置信度，即次用户所感知的部分信道上主用户的活动状态的的"或"值的对数似然比ZZi—St/，若ZZi—S^大于等于门限7;或者小于等于门限T^，则次用户将其感知的部分信道的标号、感知结果作为感知信息发送给融合中心，否则不发送；14)融合中心每接收到7V个感知信息后，与之前接收到的感知信息构成一幅增广图，根据更新后的增广图先对度数，即感知信道的数目为1以及等效状态"或"值为0的信道进行判决，并将活动状态判为0，即信道空闲，并将空闲的信道从增广图中去除，度数减1，再试图寻找是否仍存在度数为1的次用户节点，若存在，将该信道上主用户的活动状态判为1，即信道被占用，如此重复，直至寻找不到度数为1的次用户节点为止；15)融合中心将已经判决出活动状态的信道广播给所有次用户，次用户收到广播信息后，更新认知无线通信系统的感知信道集合及状态未检出的信道数目^^#，并进入下一轮感知；16)重复步骤ll)步骤15)，直至融合中心在认知无线通信系统规定的最大感知次数内判决出所有信道上主用户的活动状态为止。通过计算机仿真表明，方法一的检测性能最好，方法二其次，方法三最差，方法二在认知无线通信系统规定的最大感知次数内能判决出信道上主用户的活动状态的概率较方法一和方法三高(例如方法一在^^=-2￡18时，检测概率达到l，虚警概率达到0，在认知无线通信系统规定的最大感知次数内判决出所有信道活动状态的概率达到0.7，方法二在1^及=-2<18时，检测概率达到0.98，虚警概率达到O，在认知无线通信系统规定的最大感知次数内判决出所有信道活动状态的概率达到l，方法三在SV及--2dB时，检测概率达到0.97,虚警概率达到O,在认知无线通信系统规定的最大感知次数内判决出所有信道活动状态的概率达到0.023),这主要是由于方法二和方法三采用了"边检测边释放"的方法，状态已检出的信道的感知误差会对其余信道的状态分析判决造成一定影响，且方法三中只有部分次用户将有效的感知信息发送给融合中心，因此在低信噪比下方法三检测性能较差，在认知无线通信系统规定最大感知次数内能判决出信道的活动状态的概率也较方法二差；但方法三能较好地节省带宽和功率开销，且推理算法较方法一和方法二简单，易于实现，复杂度低。本发明通过对所有信道中的部分信道进行随机联合检测，再对检测结果进行适当推理综合判决出所有信道上主用户的活动状态，能快速、高效、可靠地检测出所有信道上主用户的活动状态，大大提高检测效率，减少感知时延，从而提高频谱效率，并能降低次用户感知能力要求、适应不同网络规模。权利要求1.一种认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法，其特征在于认知无线通信系统中的每个次用户根据理想孤波分布从所有要感知的信道中随机选择部分信道进行感知，并将所感知的部分信道上的采样信号的能量和作为感知结果发送给融合中心，当融合中心接收到的感知结果的数目不少于信道总数目时，融合中心即采用基于“或”运算的置信传播算法对所有信道上主用户的活动状态做出分析、综合及判决，具体步骤如下1)每个次用户先按理想孤波分布随机生成一个度数dn，n＝1，…，N作为该次用户的感知信道数目，再从所有要感知的信道中随机选取dn，n＝1，…，N个信道作为该次用户所要感知的部分信道，理想孤波分布的表达式为<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><mi>ρ</mi><mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mn>1</mn><mo>/</mo><msub><mi>M</mi><mi>max</mi></msub><mo>,</mo><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>1</mn><mo>/</mo><mi>i</mi><mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>2</mn><mo>,</mo><mo>·</mo><mo>·</mo><mo>·</mo><mo>,</mo><msub><mi>M</mi><mi>max</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math></maths>其中n表示次用户的标号，N表示认知无线通信系统中次用户的数目，Mmax为每个次用户每次能够感知的最大信道数目；2)每个次用户采用能量检测法得到其所感知的部分信道上采样信号的能量和，并将这个能量和作为感知结果，然后将其感知的部分信道的标号、感知结果作为该次用户的感知信息发送给融合中心；3)融合中心每接收到N个感知信息后，与之前接收到的感知信息构成一幅增广图，并判断感知信息的总数目是否不少于信道总数目，若满足，融合中心开始采用基于“或”运算的置信传播算法分析判决出所有信道上主用户的活动状态，否则融合中心继续等待接收下一个感知过程的感知信息；4)融合中心根据基于“或”运算的置信传播算法计算所有信道上主用户的活动状态的对数似然比LLR_Chanm，m＝1，…，M，其中m表示信道的标号，M表示认知无线通信系统所要感知的信道总数目，所有信道的初始信道状态为空闲和占用的概率分别为0.5、0.5，并将LLR_Chanm与预设门限T1、T2进行比较，若LLR_Chanm≥T1，则第m个信道Chanm上主用户的活动状态判为1，即信道被占用，若LLR_Chanm≤T2，则第m个信道Chanm上主用户的活动状态判为0，即信道空闲，否则融合中心无法判决出第m个信道Chanm上主用户的活动状态，认知无线通信系统中的所有次用户需要再进行一次感知，；5)重复步骤1)～步骤4)，直至融合中心在认知无线通信系统规定的最大感知次数内能判决出所有信道上主用户的活动状态为止。2.—种认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法，其特征在于认知无线通信系统中的每个次用户根据理想孤波分布从所有要感知的信道中随机选择部分信道进行感知，并将所感知的部分信道上的采样信号的能量和作为感知结果发送给融合中心，融合中心每接收到一次感知过程的感知结果时，即采用基于"或"运算的置信传播算法对所有信道上主用户的活动状态做出分析、综合及判决，并释放状态已检出的信道，从而避免对状态已检出的信道进行重复检测，具体步骤如下6)每个次用户先按理想孤波分布随机生成一个度数《,=1,..^作为该次用户的感知信道数目，再从认知无线通信系统的感知信道集合中随机选取《，"-l，…,7V个信道作为该次用户所要感知的部分信道，第一轮感知过程中的感知信道集合为所有信道，理想孤波分布的表达式如下所示其中"表示次用户的标号，iV表示认知无线通信系统中次用户的数目，M,为每个次用户每次能够感知的最大信道数目，M^^为状态未检出的信道数目；7)每个次用户采用能量检测法得到其所感知的部分信道上采样信号的能量和，并将这个能量和作为感知结果，然后将其感知的部分信道的标号、感知结果作为该次用户的感知信息发送给融合中心；8)融合中心每接收到iV个感知信息后，与之前接收到的感知信息构成一幅增广图，对于第m个信道Cto"^附-l，…，M，其中m表示信道的标号，M表示认知无线通信系统所要感知的信道总数目，若融合中心未判决出该信道上主用户的活动状态，则该信道的初始信道状态为空闲和占用的概率分别为0.5、0.5，若融合中心判决出该信道上主用户的活动状态为O，即信道空闲，则该信道的初始信道状态为空闲和占用的概率分别为1、0，若融合中心判决出该信道上主用户的活动状态为l，即信道被占用，则该信道的初始信道状态为空闲和占用的概率分别为0、1;融合中心采用基于"或"运算的置信传播算法计算状态未检出的信道上主用户的活动状态的对数似然比丄iJ一C^，并将￡丄/—Cto与预设门限;、K进行比较，若丄Zi—CtoW，则第/n个信道C/^^的活动状态判为1，即信道被占用，若丄丄i—C^"msr2，则第/n个信道Oz"的活动状态判为0，即信道空闲，否则融合中心无法判决出第附个信道C^^的活动状态，认知无线通信系统中的所有次用户需要再进行一次感知；9)融合中心将已经判决出活动状态的信道广播给所有次用户，次用户收到广播信息后，更新认知无线通信系统的感知信道集合及状态未检出的信道数目^^。&，并进入下一轮感知；10)重复步骤6)步骤9)，直至融合中心在认知无线通信系统规定的最大感知次数内能判决出所有信道上主用户的活动状态为止。3.根据权利要求1或2所述的一种认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法，其特征在于所述的融合中心采用基于"或"运算的置信传播算法计算所有信道上主用户的活动状态，算法为(1)对于第w个次用户节点SR，融合中心根据第"个次用户节点SC/"的感知的部分信道上采样信号的能量和以及这些信道上主用户的活动状态为空闲和占用的概率PLOz气(0)、Pr—Q气(l)计算第"个次用户节点SC/的各个感知信道上主用户的活动状态的对数似然比￡//>—Z丄及—C^",m,meC，并将"尸—ZZ及—Cto"^，meC"作为置信传播算法中变量节点向校验节点传递的消息，c;表示sc/n感知的部分信道，iZ及—C^",m,meC的计算公式为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中^表示第附个信道C^上主用户的活动状态，zm表示去除第w个信道c^"m后第"个次用户节点sc/感知的其他信道上主用户的活动状态，r表示St/感知的部分信道上采样信号的能量和；(2)对于第w个信道C^，融合中心根据从不同次用户节点传递来的消息ZZi—Cto",m，"eSm以及置信传播算法中的"等号"校验准则更新第"个次用户节点SC/，"eSm关于第m个信道Cto"m上主用户的活动状态的对数似然比ZXWW—"[Cto"罕,"e^,并将DCWW—C/^"—"eS加作为置信传播算法中校验节点向变量节点传递的消息，&表示对第加个信道afl进行感知的次用户节点，C/a"^,"e^的计算公式为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>(3)对于第"个次用户节点St/n感知的第m个信道Cto,meC;，融合中心根据ZXWW—iZ及—Cto"^计算第附个信道Cha^上主用户的活动状态为空闲和占用的概率Pr_Oa"m(0)、Pr—Oz""m(l)，Pr—C7w"m(0)、Pr—Cto"m(l)的计算公式为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>(4)重复步骤(1)步骤(3)，直至到达认知无线通信系统规定的迭代次数为止；(5)对于第m个信道Cto，融合中心根据从不同次用户节点的传递来的消息"尸—ZZLC^"^,"e^计算迭代终止时第m个信道Oz"上主用户的活动状态的对数似然比丄M一CZ/"，ZZi—C/w的计算公式为4.一种认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法，其特征在于认知无线通信系统中的每个次用户根据理想孤波分布从所有要感知的信道中随机选择部分信道进行感知，并对所感知的部分信道上的采样信号的能量和进行门限判决，等效地获得这些信道上主用户的活动状态的"或"值，并选择置信度高的"或"值作为感知结果发送给融合中心，融合中心采用"边检测边释放"的方法检测出所有信道上主用户的活动状态，具体步骤如下11)每个次用户先按理想孤波分布随机生成一个度数《,"-l，…，iV作为该次用户的感知信道数目，再从认知无线通信系统的感知信道集合中随机选取《，《=1,..,^个信道作为该次用户所要感知的部分信道，第一轮感知过程中的感知信道集合为所有信道，理想孤波分布的表达式如下所示-其中"表示次用户的标号，V表示认知无线通信系统中次用户的数目，M,为每个次用户每次能够感知的最大信道数目，^*。&为状态未检出的信道数目；12)每个次用户采用能量检测法得到其所感知的部分信道上采样信号的能量和，并进行门限判决，等效地获得这些信道上主用户的活动状态的"或"值作为感知结果，判决门限根据纽曼-皮尔逊准则获得；13)每个次用户计算其感知结果的置信度，即次用户所感知的部分信道上主用户的活动状态的的"或"值的对数似然比Z丄i一SC/"，若LLi—St/"大于等于门限7;或者小于等于门限T^，则次用户将其感知的部分信道的标号、感知结果作为感知信息发送给融合中心，否则不发送；14)融合中心每接收到iV个感知信息后，与之前接收到的感知信息构成一幅增广图，根据更新后的增广图先对度数，即感知信道的数目为1以及等效状态"或"值为0的信道进行判决，并将活动状态判为0，即信道空闲，并将空闲的信道从增广图中去除，度数减l，再试图寻找是否仍存在度数为1的次用户节点，若存在，将该信道上主用户的活动状态判为l，即信道被占用，如此重复，直至寻找不到度数为1的次用户节点为止；15)融合中心将已经判决出活动状态的信道广播给所有次用户，次用户收到广播信息后，更新认知无线通信系统的感知信道集合及状态未检出的信道数目M^"^并进入下一轮感知；16)重复步骤ll)步骤15)，直至融合中心在认知无线通信系统规定的最大感知次数内判决出所有信道上主用户的活动状态为止。全文摘要本发明公开了一种认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法。其关键是认知无线通信系统中的每个次用户在每次感知过程中根据理想孤波分布从所有要感知的信道中随机选择部分信道进行感知，并将该部分信道的信道标号以及该部分信道的感知结果发送给融合中心，融合中心再利用置信传播等推理算法对所有信道上主用户的活动状态做出综合分析及判决。本发明能够快速、高效、可靠地检测出多个信道上主用户的活动状态，并能降低每个次用户的感知能力要求、适应不同网络规模的合作感知方法，大大提高了检测效率，减少感知时延，从而有效提高频谱利用率。文档编号H04B1/69GK101404513SQ200810121878公开日2009年4月8日申请日期2008年10月21日优先权日2008年10月21日发明者吴可镝,张建敏,张朝阳,李雪娇,杨丽萍,王培雅,谢雪松,陈晓明,慧黄申请人:浙江大学