将其 与预定的判决门限相比较，从而确定授权用户是否存在。虚警概率Pf和检测概率Pf分别表 示为P r(A> λ I Θ = 〇)和Pr(A> λ I Θ = 1)，从而得到下式：
[0093] 其中u = WT ; γ是频谱感知信号的信噪比；Γ⑷和Γ (*，*)分别是gamma函数 和不完备的ga_a函数；Qu(*，*)是11&阶的广义Marcum-Q函数。
[0094] 考虑到Chirp信号在分数域的能量聚集性和两个认知用户所传输Chirp阶数的不 同，认知接收机通过分数域窄带滤波器把两个认知用户的信息从中分离出来。而且从 (3)和（5)式中可看到，和#中都包括认知用户U2的信息，可以通过最大比合并接收的 方式得到认知用户U2的信息，这样信道容量也得到了提升。
[0095] 在认知接收机端，认知用户仏的信噪比SNR a和认知用户U 2的信噪比SNR b可以表 示为：
[0098] 其中P1JP P &分别代表认知用户U i和认知用户U 2传送认知用户信息的发送功率； h是认知用户之间的信道增益；σ〗是噪声功率。
[0099] 图3是本发明提出的协作频谱感知模型在第一个时隙T1和第一个时隙T 2的检测 概率。
[0100] 图4是本发明提出的频谱感知模型在不同放大倍数下平均检测概率和传统频谱 感知模型的平均检测概率的对比图。从图中可以看到，随着信噪比的增加，检测概率随之增 大。本发明提出的频谱感知模型的检测概率要远远大于传统频谱感知模型。而且随着放大 系数的增加，平均检测概率也随之提升。
[0101] 图5是本发明提出的频谱感知模型在不同放大倍数下平均信道容量和传统频谱 感知模型的平均信道容量的对比图。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。
[0102] 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。
[0103] 本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域 技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于 本发明所附的权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于中继的分布式协作频谱感知的方法，其特征在于：所述方法通过W下步骤 实现： 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Ui,另一认知用户记为认 知用户U2; 步骤二、在第一个传输时隙Tl时，认知用户U2向认知用户Ui和认知接收机发送信号 净i，认知用户Ui利用频谱感知信号}我进行能量检测，若检测到授权用户，执行步骤屯，反 之，则执行步骤S; 步骤S、在第二个传输时隙Tz时，认知用户U1将接收到的信号放大为妊,i并加上认 知用户Ui要发送的信号皆1得到合并信号，之后将合并信号转发给认知用户Uz和认 知接收机； 步骤四、在第二个传输时隙Tz时，认知用户U2从认知用户U1端接收到的信号表示为信 号乃學，之后进行信道估计和信号分离得到频谱感知信号3遺I; 步骤五、对步骤四得到的频谱感知信号J貫进行频谱检测，若检测到授权用户，执行步 骤八，反之，则执行步骤六； 步骤六、认知接收机把在步骤S接收到的信号表示为信号乂2>，并将接收到的信号尸 中两个认知用户的信号进行信号分离，然后将认知用户Uz的信号与信号进行最大比合 并接收； 重复步骤二至步骤六，直到认知用户信息传输结束； 步骤屯、认知用户Ui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； 步骤八、认知用户&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。2. 根据权利要求1所述基于中继的分布式协作频谱感知的方法，其特征在于：步骤一 所述授权用户获得信号的过程为： 步骤一一、设在认知用户无线电系统中，令正弦信号表示授权用户发送的正弦形式的 信号，令化irp信号表示阶数不同的认知用户Ui和认知用户U2发送的信号； 步骤一二、通过窄带的分数域滤波器，将认知用户Ui和认知用户Uz的信号与授权用户 的信号进行分离； 步骤一S、将分离出的认知用户Ui和认知用户U2的化irp信号去除，剩下的即为系统 性能检测所需要的授权用户信号。3. 根据权利要求1或2所述基于中继的分布式协作频谱感知的方法，其特征在于：步 骤二所述认知用户Uz向认知用户U1和认知接收机发送信号遂>，认知用户Ui利用频谱感知 信号说i对接收到的信号处 >进行能量检测的过程中，所述频谱感知信号乂 1/表示为下式： 心:'=娜'咕'+株曲 (I) 其中，表示第一个传输时隙授权用户发送的信号，2 ; 0表示授权用户存在的指示 符，当0 =1时代表授权用户存在，当0 =O时代表授权用户不存在；6二表示第一个传输 时隙授权用户与认知用户Ui之间的信道增益；WW表示第一个传输时隙接收到的噪声。4. 根据权利要求3所述基于中继的分布式协作频谱感知的方法，其特征在于：步骤= 所述在第二个传输时隙Tz时，认知用户U1将接收到的信号Af放大为.诗/并加上认知用户Ui 要发送的信号sf得到合并信号S?，之后将合并信号S?转发给认知用户U2和认知接收机 的过程中， 所述认知用户Ui将在第一个传输时隙T1接收到的信号诗A放大得到的表示为：倒 其中，轉隶示第一个传输时隙认知用户Ui与认知用户Uz之间的信道增益，i= 1，2， 考虑到时分双工的模式； 所述认知用户Ui发送的合并信号S(2)表示为：5巧=+皆)， 其中，、/及表示认知用户Ui端放大转发的倍数，#義然，Pm表示最大值。5. 根据权利要求1、2或4所述基于中继的分布式协作频谱感知的方法，其特征在于： 步骤四所述在第二个传输时隙Tz时，认知用户U2从认知用户U1端接收到的信号表示为信 号總，所述信号姐具体表示为：(3)。6. 根据权利要求5所述基于中继的分布式协作频谱感知的方法，其特征在于：步骤四 所述进行信道估计和信号分离得到频谱感知信号'y货的过程为， 首先，去除认知用户Ui和认知用户U2发送的信号：通过完美的信道估计，认知用户Uz发送的信号Sf被消除； 然后，通过分数域窄带滤波器将认知用户Ui发送的合并信号S?被消除； 最后，得到认知用户&端的接收信号.1皆经过信道估计和信号分离之后的被检测信号 ?皆/表示为：雜7. 根据权利要求1、2、4或6所述基于中继的分布式协作频谱感知的方法，其特征在于： 步骤二所述在第一个传输时隙Tl时，认知用户Uz向认知用户U1和认知接收机发送信号， 之后，所述认知接收机接收到的信号表示为： 说=々於r+M'(" 巧)。8. 根据权利要求7所述基于中继的分布式协作频谱感知的方法，其特征在于：步骤= 所述在第二个传输时隙Tz时，认知用户U1将合并信号S?转发给认知接收机，之后，所述认 知接收机接收到的信号表示为：扣） 其中，巧,!表示第i个传输时隙认知用户m和认知接收机之间的信道增益，i= 1，2,m 二 1，2O9. 根据权利要求1、2、4、6或8所述基于中继的分布式协作频谱感知的方法，其特征在 于：步骤六所述将认知用户Uz的信号与信号2I进行最大比合并接收的过程为，认知接收 机通过分数域窄带滤波器把认知用户Ui和U2的信息从：jf中分离出来，而且从式（5)和式 (6)可知，和中都包括认知用户Uz的信息，则通过最大比合并接收的方式得到认知 用户Uz的信息； 同时得到：在认知接收机端，认知用户Ui的信噪比SNR。和认知用户Uz的信噪比SNRb分 别表示为：其中，Plf和P2f分别表示认知用户U1和认知用户U2传送认知用户信息的发送功率；h12 表示认知用户1]1和认知用户U2之间的信道增益；口.^是噪声功率。 巧） 巧）
【专利摘要】基于中继的分布式协作频谱感知的方法，属于无线频谱分配利用领域。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。一种基于中继的分布式协作频谱感知的方法，包括：授权用户获得并发送信号，得到较大的信号功率的记为认知用户U1，另一记为认知用户U2；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。本发明在理想信道估计和信号分离的情况下，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。
【IPC分类】H04L27/00, H04B17/382
【公开号】CN105207728
【申请号】CN201510556993
【发明人】吴宣利, 韩杏玲, 王若楠, 马哲明, 吴玮, 李欣悦
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月2日