一种自适应调整的协同频谱感知方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种自适应调整的协同频谱感知方法。
【背景技术】
[0002] 作为解决通信频谱资源紧缺的关键技术，认知无线电（Cognitive Radio ,CR)能够 "伺机"的对空闲频谱进行利用和共享，进而解决频谱资源紧缺难题。
[0003] 认知无线电的基本途径是:首先认知用户采用频谱感知对周围环境中的已授权频 谱资源进行持续监测，然后在保证授权用户能够优先占用该段频谱的条件下，认知用户自 适应地调整收发设备至空闲频谱上通信，以有效、充分的利用空闲的频谱资源。当认知用户 感知(或称检测）到授权用户信号出现时，认知用户则要快速腾出其"伺机"占用的信道，以 让给授权用户使用，进而避免干扰授权用户的正常通信。可见，认知用户所采用的频谱感知 方法要求对授权用户检测具有高度的检测性能，频谱感知技术对于授权用户信号存在情况 的检测意义重大。
[0004] 在实际环境中，为了减少多径衰落、阴影效应和噪声不确定性等诸多因素对检测 性能的不利影响，基于多个认知用户的协同频谱感知方法相继被提出。在现有的协同频谱 感知方法中，多数协同频谱感知方法假设各认知用户采用能量检测方法，通过预设固定的 判决门限值来对接收的信号能量进行检测，然后每个认知用户发送检测结果给频谱感知融 合中心进行融合处理，以达到对频谱进行准确感知的目的。
[0005] 然而，现有的协同频谱感知方法仍然存在一些不足之处:一方面，在实际的协同频 谱感知中，认知用户所接收信号能量是发生变动的，但是现有协同频谱感知方法没有考虑 认知用户所接收信号能量发生变化时，预设的固定判决门限值不利于认知用户做出准确能 量检测的问题，这将导致各认知用户在实际能量检测中具有较低的检测性能，不利于提高 协同感知的整体检测性能；另一方面，现有的协同频谱感知方法没有考虑到频谱感知融合 中心的庞大融合计算量问题，从而导致频谱感知融合中心做出融合检测的效率降低，延迟 了各认知用户及时占用或退出空闲频谱的感知时间。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种既能够自适应的获取 各认知用户进行能量检测判决的最优门限值，又能够确定最佳协同认知用户、降低频谱感 知融合中心融合计算量的自适应调整的协同频谱感知方法。
[0007] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种自适应调整的协同频谱感知 方法，用于授权用户、频谱感知融合中心以及N个认知用户组成的认知无线网络中，其特征 在于，依次包括如下步骤：
[0008] (I)N个认知用户对授权用户的频谱占用情况进行本地能量检测，并将频谱感知结 果以及认知用户自身信噪比分别发送给频谱感知融合中心;其中，认知用户标记为CR 1Q = 1，2，…，N)，认知用户CRi自身信噪比为Snri，授权用户标记为PU，频谱感知融合中心标记为 FC;
[0009] (2)频谱感知融合中心FC根据N个认知用户发送的频谱感知结果，统计N个认知用 户中感知到授权用户PU频谱为占用状态的认知用户数目为m( I < m < N)、感知到授权用户PU 频谱为空闲状态的认知用户数目为N-m;其中，授权用户PU频谱为占用状态记为H1，授权用 户PU频谱为空闲状态记为Ho;
[0010] (3)频谱感知融合中心FC根据N个认知用户发送的信噪比，计算m个感知到授权用 户PU频谱为占用状态出的认知用户诚信系数Ku以及N-m个感知到授权用户PU频谱为空闲 状态Ho的认知用户诚信系数K 2,t;其中，诚信系数Klij以及K2,t的计算公式如下：
[0012] (4)频谱感知融合中心FC根据m个认知用户的各自感知结果以及诚信系数K1,」，分 别计算授权用户PU频谱为占用状态出的平均检测概率&讲、全局检测概率1^讲和此占用 状态H 1对应的全局漏检概率〃以及授权用户PU的频谱为空闲状态Ho的平均检测概率 Pdetfli)、.全局检测概率、此空闲状态Hf)对应的全局漏检概率你幽跑和全局虚警概率 抑；其中，该过程包括如下步骤(4-1)至步骤(4-3):
[0013] (4-1)建立m个认知用户协同感知的全局错误检测概率Pe，获取关于决策门限的能 量检测优化函数γ $以及能量检测的最优门限值γ Cipt，并计算授权用户PU频谱为占用状态出 的平均检测概率Atetm;其中，
[0014] m个认知用户协同感知的全局错误检测概率P4十算公式如下：
[0017]其中，为授权用户PU频谱处于空闲状态Ho的概率，P执为授权用户PU频谱处于 占用状态出的概率;Pf为全局虚警概率，Pd为全局检测概率，Pm为全局漏检概率；^为对应 处于授权用户PU频谱处于占用状态出的!11个认知用户的平均信噪比，Q(Z)表示正态高斯互 补积分函数;其中，
Snr1为认知用户0^自身的信噪比;关于决策门限的能量 检测优化函数γ $定义为：
[0019]能量检测的最优门限值γ _为：
[0021] 授权用户PU频谱为占用状态压的平均检测概率/?讲计算公式如下：
[0023] (4-2)根据所得权用户PU频谱为占用状态出的平均检测概率以及m个认知用 户的诚信系数Μ,」，计算授权用户HJ频谱为占用状态出的全局检测概率1>制逆和此占用状态 Hl对应的全局漏检概率;其中，全局检测概率^^#和全局漏检概率计算公式 如下：
[0025] (4-3)根据所得授权用户PU频谱为空闲状态Ho的平均检测概率户細那以及N-m个认 知用户的诚信系数K2,t，计算授权用户PU频谱为空闲状态Ho的全局检测概率Λ/e讲。和此空闲 状态Ho对应的全局漏检概率Dw eUitl、全局虚警概率；其中，平均检测概率/^.//。、全局 检测概率Afcuh、全局漏检概率和全局虚警概率的计算公式分别如下：
[0029] (5)频谱感知融合中心FC根据授权用户PU频谱为占用状态出对应的全局漏检概率 以及授权用户PU频谱为空闲状态Ho对应的全局虚警概率，建立基于认知用户 数目的频谱感知误差函数Fun(m);其中，频谱感知误差函数Fun(m)计算公式如下：
[0031 ]其中，Ppu表示授权用户PU信号在其授权频谱出现的概率；
[0032] (6)计算频谱感知误差函数Fun(m)的频谱感知误差最小值Fun(mo)，并以该频谱感 知误差函数最小值Fun(mo)对应的数值_(m〇 Sm)作为参与协同感知的最佳协同认知用户数 目，并对m个认知用户按照其对应的信噪比值srm进行降序排列，得到m个认知用户的降序 排列组；
[0033] (7)选取认知用户降序排列组中的前mo个认知用户作为参与协同感知的最佳协同 认知用户；其中，分别标记选取的最佳协同认知用户为CR' r，其中，Γ=1，2，···，πι0;
[0034] (8)根据步骤(7)中mo个最佳协同认知用户CR'r的检测概率，频谱感知融合中心FC 以加权的OR准则协同后的全局检测概率作为N个认知用户协同感知的最终检测结果;其中， 加权的OR准则如下：
[0036] 其中，Pd,r为最佳协同认知用户CR'r的检测概率，Pfa,r为最佳协同认知用户CR'r的 虚警概率;Qd为协同感知后的全局检测概率，Q fa为协同感知后的全局虚警概率;IM为最佳协 同认知用户的数目；COr为最佳协同认知用户CR'r的加权系数。
[0037] 与现有技术相比，本发明的优点在于:通过获取各认知用户的诚信系数以及建立 认知用户协同感知的全局错误检测概率后，获取关于决策门限的能量检测优化函数以及能 量检测判断的最优门限值，以适应各认知用户所接收信号能量的变化，并以该最优门限值 得到各认知用户的检测概率;然后建立基于认知用户数目的频谱感