认知无线电网络中的预协作感知方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于认知无线电网络技术领域，更为具体地讲，涉及一种认知无线电网络 中的预协作感知方法。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信技术的发展，可供使用的频谱越来越少，而常见的情况则是一些频 谱比较拥挤，而另一些频谱却严重利用不足。认知无线电的出现在一定程度上解决了这个 问题。在认知无线电中，当主用户空闲的情况下，运行次级用户访问许可的频谱。这样就可 以大大地提高频谱利用率。
[0003] 在认知无线电中，频谱感知技术起着重要的作用。在认知无线网中，频谱感知主 要分为两大类：本地频谱感知方案和协作感知方案。对于本地感知，用户各自进行频谱感 知。而在协作感知中，用户先进行本地感知，然后将感知的结果发送到融合中心（Fusion Center，FC)，融合中心收集本地感知数据，并通过合适的准则，如"AND" "OR"等规则，使得 到的频谱感知结果更为精确。
[0004] 在认知无线网中，每个媒体访问控制帧由感知段和传输段组成，并假设是以TDMA 方式工作。每个感知段被进一步分成几个子时隙用于本地感知和决策报告。图1是传统协 作感知的感知段示意图。如图1所示，M个协作用户（^在同一时间各自进行本地感知，然 后依次将感知结果上报，融合中心将上报的感知结果进行融合，得到最终的感知结果。图1 中LS表示本地感知（Local Sensing)，DR表示决策汇报（Decision Reporting)。
[0005] 为了防止协作用户对主用户的干扰，认知用户与融合中心之间有着专用的汇报信 道。由于协作频谱感知技术在协作用户之间运用了空间分集的技术，因此得到的结果比单 一用户感知得到的结果更为准确。与本地感知的方法相比，通过协作用户参与频谱感知过 程的协作频谱感知技术不仅可以节省感知的时间，而且还可以提高频谱感知的精度。
[0006] 由多种认知用户合作来进行的频谱感知减少了结果的不确定性，以此能达到一种 更好的检测性能。现有的感知流程为，认知用户将本地频谱感知结果发送到数据融合中 心，然后在数据融合中心融合了每个用户的感知结果，融合中心通过融合结果来决定是不 是占用主用户的频谱，然后以广播的形式通知所有的协作用户。协作频谱感知能够获得更 好的频谱感知性能，但同时也增大了认知无线网的通信开销，相对于非协作的方式，协作感 知消耗了更多的能量，因为他们需要将本地感知的结果发送给融合中心，大量的协作用户 报告他们的本地感知结果造成了巨大的开销。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种认知无线电网络中的预协作感 知方法，结合关键用户的本地感知和次级协作用户的协作感知，来降低协作感知的开销。
[0008] 为实现上述发明目的，本发明认知无线电网络中的预协作感知方法，包括以下步 骤：
[0009] SI :从所有M+1个协作感知用户中选择一个用户作为关键用户C，其余M个用户作 为次级协作用户CUm，其中m = 1，2,. . .，M ;
[0010] S2 :关键用户C首先对主用户进行本地感知，如果感知到主用户存在，关键用户C 广播主用户存在的消息给所有次级协作用户，结束协作感知，如果未感知到主用户存在，进 入步骤S3 ;
[0011] S3 :关键用户C设置M个次级协作用户的感知顺序，将感知顺序消息进行广播，并 开始计时；
[0012] S4 :每个次级协作用户CUji收到感知顺序消息后，获取自身在感知顺序中的序号 j，j的取值范围为j = 1，2,. . .，M，等待Tm= (j-1) t s启动本地感知，t s表示每个协作感知 用户本地感知所需的时间，如果次级协作用户CUi感知到主用户存在，则向关键用户C上报 主用户存在报告，否则不作任何操作；
[0013] S5 :关键用户C接收次级协作用户上报的主用户存在报告并进行融合判定，如果 判定主用户存在，关键用户C广播主用户存在的消息给所有次级协作用户，结束协作感知， 如果等待计时达到T w= Mt s+l其中仁表示一个主用户报告上报所需时间，还没有得到主 用户存在的判定结果，则关键用户C广播主用户不存在的消息给所有次级协作用户。
[0014] 本发明认知无线电网络中的预协作感知方法，从协作感知用户中选择一个用户 作为关键用户，其余作为次级协作用户，首先由关键用户对主用户进行本地感知，如果主用 户存在，关键用户广播主用户存在报告给次级协作用户，否则广播感知顺序，次级协作用户 按感知顺序依次对主用户进行本地感知，如果存在，则向关键用户上报，否则不上报，关键 用户根据接收的主用户存在报告进行融合判定，一旦判定主用户存在则向次级协作用户广 播，直到所有次级协作用户本地感知完毕后仍未判定主用户存在才判定主用户不存在并广 播。
[0015] 本发明具有以下技术效果：
[0016](1)只有当关键用户本地感知主用户不存在时才启动次级协作用户的协作感知， 从而降低系统开销；
[0017] (2)当协作感知被激活时，只有当协作感知用户感知到主用户才向关键用户上报 结果，这也可以减少一部分开销。
[0018] (3)关键用户C可以基于部分次级协作用户的感知结果即可判定主用户存在，其 余的次级协作用户就无需再进行感知和上报，同样也可以减少开销；
[0019] (4)本发明可以通过调整本地感知的时间和次级协作感知用户数来控制总体漏检 概率和开销，从而适应不同应用情况的需要。
【附图说明】
[0020] 图1是传统协作感知的感知段示意图；
[0021] 图2是本发明认知无线电网络中的预协作感知方法的具体实施流程图；
[0022] 图3是本发明预协作感知的感知段示意图； 图4是本发明与传统方法的总体漏检概率对比图；
[0023] 图5是本发明与传统方法的在不同比例本地感知时间下的平均感知时间对比图；
[0024] 图6是本发明与传统方法的在不同比例本地感知时间下的平均参与协作用户数 对比图；
[0025] 图7是本发明与传统方法的在不同关键用户接收主用户信号的信噪比下的最小 化平均感知时间对比图；
[0026] 图8是本发明与传统方法的在不同主用户信噪比下的最小化参与协作用户数对 比图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行描述，以便本领域的技术人员更好地 理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许 会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
[0028] 实施例
[0029] 图2是本发明认知无线电网络中的预协作感知方法的具体实施流程图。如图2所 示，本发明认知无线电网络中的预协作感知方法包括以下步骤：
[0030] S201 :确定关键用户：
[0031] 从所有M+1个协作感知用户中选择一个用户作为关键用户C，其余M个用户作为次 级协作用户CU m，其中m = 1，2,. . .，M。选择关键用户有多种标准，通常是选择从主用户接 收信号的信噪比最强的用户作为关键用户。
[0032] S202 :关键用户进行本地感知：
[0033] 关键用户C首先对主用户进行本地感知。
[0034] S203 :判断关键用户是否感知到主用户存在，如果不存在，进入步骤S204,否则进 入步骤S213。
[0035] S204 :广播感知顺序并计时：
[0036] 关键用户C设置M-1个次级协作用户的感知顺序，并将感知顺序消息进行广播，并 从〇开始计时。
[0037] 感知顺序是指次级协作用户进行本地感知的顺序。本发明中，次级协作用户的本 地感知不是同时进行的，而是顺序进行的。感知顺序是根据实际情况设置的，可以根据关键 用户从次级协作用户接收信号的