基于中继的分布式协作频谱感知的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种基于中继的分布式协作频谱感知的方法。
【背景技术】
[0002] 近些年，随着无线用户的激增和用户数据业务流量的快速增长，以及用户对无线 通信业务需求的增加，使得在某些频段频谱资源的利用变得十分紧张，但同时另外一些频 段的频谱利用率却并不高。为了解决这一不合理的现象，基于频谱感知的认知无线电技术 应运而生。在认知无线电系统中，根据职能的不同，分为认知用户和授权用户，授权用户是 被系统所分配频谱资源的用户，而认知用户即为授权用户在休眠状态时所占用其所分配频 谱资源的用户。相对于传统的静态频谱接入方式，认知无线电技术更加灵活，它可以根据频 谱的利用情况做出合理的判断，当授权用户停止工作，所在的频段处于空闲状态下，让未授 权的认知用户伺机接入。当授权用户再次工作时，认知用户再于合适的时机退出该频段，保 证不影响授权用户的正常工作。因此认知用户端的频谱感知技术在认知无线电系统中扮 演一个很重要的角色，通过该技术可以使认知用户能够寻找到授权用户所不使用的频谱资 源。
[0003] 比较典型的频谱感知方法主要有两大类：即单点检测以及多点协作检测。由单独 一个认知用户参与的频谱检测称为单点检测，其常用的检测方法包括：能量检测、离散小波 包变换检测、匹配滤波检测以及循环平稳特征检测等。但是，由于阴影、衰落以及无线信道 的时变性等问题的存在，使得单点频谱感知变得很困难，此外隐藏终端问题也导致单点频 谱感知的检测概率不高。随着检测用户数的增加，系统的检测性能也会随之提高。因此多 用户协作频谱感知的技术比较常用。现在多数的多用户频谱感知系统，主要考虑的是在带 有一个数据融合处理中心来接收多个用户各自频谱检测的结果，通过一定的规则或算法得 到最终的检测结果，然后在通过数据融合处理中心将最终检测结果上报给接收端从而来判 定此授权用户是否占用当前所分配的频段。虽然多次检测结果汇总处理能够得到一个比较 正确的检测结果，但是在带有融合处理中心的多用户频谱感知的系统中，频谱检测的时间 过长势必会对授权用户造成干扰。因此，分布式频谱感知技术被提出。现状多数的分布式 频谱感知方法虽然能够在一定程度上解决检测时间过长带来的影响，但是频谱的利用率比 较低，并且在认知用户信息传输的过程中授权用户的突然出现势必会增加对授权用户信息 传输的干扰，同时带来认知用户与授权用户信息分离的干扰。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了解决现有的分布式频谱感知方法存在频谱的利用率较低，并 且突然出现的授权用户干扰授权用户信息传输和授权用户信息与认知用户信息分离的问 题，而提出一种基于中继的分布式协作频谱感知的方法。
[0005] -种基于中继的分布式协作频谱感知的方法，所述方法通过以下步骤实现：
[0006] 步骤一、授权用户获得并发送信号，之后对两个认知用户从授权用户接收到的信 号功率进行估计，将估计到较大的信号功率的认知用户记为认知用户U1，另一认知用户记 为认知用户U2;
[0007] 步骤二、在第一个传输时隙1\时，认知用户U 2向认知用户U i和认知接收机发送信 号，认知用户U1利用频谱感知信号.V1^进行能量检测，若检测到授权用户，执行步骤七，反 之，则执行步骤三；
[0008] 步骤三、在第二个传输时隙1~2时，认知用户U接收到的信号放大为允1/并加 上认知用户U1要发送的信号得到合并信号s(2)，之后将合并信号s(2)转发给认知用户U 2 和认知接收机；
[0009] 步骤四、在第二个传输时隙1~2时，认知用户U2从认知用户U i端接收到的信号表示 为信号之后进行信道估计和信号分离得到频谱感知信号.V。；
[0010] 步骤五、对步骤四得到的频谱感知信号进行频谱检测，若检测到授权用户，执 行步骤八，反之，则执行步骤六；
[0011] 步骤六、认知接收机把在步骤三接收到的信号表示为信号_ν?^，并将接收到的信号 中两个认知用户的信号进行信号分离，然后将认知用户U2的信号与信号#进行最大比 合并接收；
[0012] 重复步骤二至步骤六，直到认知用户信息传输结束；
[0013] 步骤七、认知用户仏退出占用的频段，即完成了基于中继的分布式协作频谱感知 的过程；
[0014] 步骤八、认知用户1]2退出占用的频段，即完成了基于中继的分布式协作频谱感知 的过程。
[0015] 本发明的有益效果为：
[0016] 本发明是本发明运用的分布式协作频谱感知的方法是在认知用户已知从授权用 户接收的信号功率的情况下，把从授权用户接收到的信号功率大的认知用户作为中继，采 用放大转发（AF)协议，协助另一个认知进行频谱感知和信号传输。在理想信道估计和信号 分离的情况下，相比于传统的协作频谱感知方法，不仅仅能够提高认知用户端的检测概率， 同时还能够提高系统的频谱效率。另外，通过灵活地选择放大系数，可以在检测概率和频谱 效率之间取得良好的折中。从图3和图4可以看到，在信噪比较低时，本发明提出频谱感知 模型的检测概率要远远优于传统频谱感知模型，而且随着放大系数的增加，检测概率随之 提升。从图5可以看到，在信噪比较低时，本发明提出的频谱感知模型的信道容量要远远优 于传统频谱感知模型，而且信道容量随着放大倍数的增加而降低。综合图4和图5可知，在 本发明提出的频谱感知模型中，通过灵活地选择放大倍数，可以在检测概率和频谱效率之 间取得良好的折中。
【附图说明】
[0017] 图1是实施例提出的认知无线电的系统模型图；
[0018] 图2是实施例提出的基于中继的分布式协作频谱感知的方法的处理过程图；
[0019] 图3a和图3b分别是【具体实施方式】一提出的分布式协作频谱感知方法在第一个时 隙和第二个时隙的频谱检测性能；
[0020] 图4是【具体实施方式】一提出的分布式协作频谱感知方法的在不同放大倍数下的 平均检测性能，以及与传统协作频谱检测方法的性能的对比示意图；
[0021] 图5是【具体实施方式】一提出的分布式协作频谱感知方法的在不同放大倍数下的 平均信道容量，以及与传统协作频谱检测方法的性能的对比示意图；
[0022] 图6为本发明的流程图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0023] 一：
[0024] 本实施方式的基于中继的分布式协作频谱感知的方法，结合图6所示，所述方法 通过以下步骤实现：
[0025] 步骤一、授权用户获得并发送信号，之后对两个认知用户从授权用户接收到的信 号功率进行估计，将估计到较大的信号功率的认知用户记为认知用户U 1，另一认知用户记 为认知用户U2;
[0026] 步骤二、在第一个传输时隙T1时即第一个时间段，认知用户U2向认知用户U i和认 知接收机发送信号认知用户U1利用频谱感知信号进行能量检测，若检测到授权用 户，执行步骤七，反之，则执行步骤三；
[0027] 步骤三、在第一个传输时隙T1之后的第二个传输时隙T 2时即第二个时间段，认知 用户仏将接收到的信号 放大为3巧并加上认知用户U1要发送的信号^21得到合并信号 S(2)，之后将合并信号s(2)转发给认知用户1]2和认知接收机；
[0028] 步骤四、在第二个传输时隙1~2时，认知用户U2从认知用户U i端接收到的信号表示 为信号)公，之后进行信道估计和信号分离得到频谱感知信号;
[0029] 步骤五、对步骤四得到的频谱感知信号J亞进行频谱检测，若检测到授权用户，执 行步骤八，反之，则执行步骤六；
[0030] 步骤六、认知接收机把在步骤三接收到的信号表示为信号<2)，并将接收到的信号 中两个认知用户的信号进行信号分离，然后将认知用户U2的信号与信号进行最大比 合并接收；
[0031] 重复步骤二至步骤六，直到认知用户信息传输结束；
[0032] 步骤七、认知用户仏退出占用的频段，即完成了基于中继的分布式协作频谱感知 的过程；
[0033] 步骤八、认知用户1]2退出占用的频段，即完成了基于中继的分布式协作频谱感知 的过程。
[0034] 本实施方式效果：
[0035] 本发明运用的分布式协作频谱感知的方法是在认知用户已知从授权用户接收的 信号功率的情况下，把从授权用户接收到的信号功率大的认知用户作为中继，采用放大转 发（AF)协议，协助另一个认知进行频谱感知和信号传输。在理想信道估计和信号分离的情 况下，相比于传统的协作频谱感知方法，不仅仅能够提高认知用户端的检测概率，同时还能 够提高系统的频谱效率。另外，通过灵活地选择放大系数，可以在检测概率和频谱效率之间 取得良好的折中。
[0036] 从图3和图4可以看到，在信噪比较低时，本发明提出频谱感知模型的检测概率要 远远优于传统频谱感知模型，而且随着放大系数的增加，检测概