专利名称：一种基于快速变极化的频谱感知方法
技术领域：
本发明属于无线通信领域，特别涉及认知无线电的频谱感知方法。
背景技术：
随着无线通信技术的发展，人们对无线频谱资源的需求越来越大。然而，无线频谱 是稀缺、有限的资源。如何充分利用频谱资源，提高频谱利用率，成为了一个亟待解决的问 题。认知无线电(CR，Cognitive radio)技术为解决这个问题提供了一种可行的方案。在 CR系统中，具有认知功能的用户(CR用户)需要对授权用户频谱进行感知，在不影响授权用 户正常通信的前提下利用频谱空穴，所述频谱空穴为已分配给授权用户但未被其使用的空 闲频谱。传统频谱感知方法有本地的相干检测、能量检测、循环平稳特征检测和熵检测，引 入协作分集机制、序贯检验方法等的合作频谱感知算法，以及利用授权信号统计规律进行 的跨层频谱感知算法等，这些频谱感知方法都是基于对接收的信号进行分析。现有授权用 户都采用固定的极化方式发射信号，然而由于无线信道的影响，授权用户信号到达CR用户 接收端的极化方式是时变的，而现有的CR用户接收端都是采用固定极化的接收方式，使得 对授权用户信号的接收造成很大的损耗，严重影响了上述频谱感知方法对授权用户信号的 分析性能，因此固定极化的接收方式已成为传统频谱感知方法性能提升的瓶颈。
发明内容
为了解决固定极化的接收方式对传统频谱感知方法的损害，本发明实例提供了一 种基于快速变极化的频谱感知方法，应用于认知无线电网络，所述技术方案如下一种基于快速变极化的谱感知方法，包括CR用户接收端快速识别到达信号中可能包含的授权用户信号极化方式；CR用户接收端快速采用与识别的极化方式相匹配的极化方式接收信号；CR用户接收端对接收到的信号进行分析；CR用户接收端做出判决。本发明实施例提供的技术方案的有益效果是通过基于快速变极化的频谱感知方法可快速的实现对授权用户信号低损耗的接 收，显著提高频谱感知的性能。
图1 本发明实施例的认知无线电网络拓扑图；图2 本发明实施例提供的基于快速变极化的频谱感知方法流程图；图3 本发明实施例提供的CR用户接收端基于快速变极化接收授权用户信号流程 图；图4 本发明实施例提供的CR用户接收端快速识别授权用户信号到达极化方式流
4程具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方 式作一步地详细描述。本发明实施例的认知无线电网络拓扑如图1所示，一对CR用户，包括CR用户发射 端和CR用户接收端和一对授权用户，包括授权用户发射端和授权用户接收端，每个授权用 户发射端采用固定的极化方式发射信号；授权用户使用已分配的授权频谱资源，该授权频 谱资源为可用信道，而CR用户在授权用户不工作的时候利用该段已经授权的频谱资源，但 是授权用户随时可能开始工作，CR用户需要通过频谱感知快速准确地检测出该段频谱资源 上随时出现的授权用户信号并及时退出该信道，在进行频谱感知时，该频段上的所有CR用 户停止传输数据。实施例一参见图2，本发明实施例提供了一种基于快速变极化的频谱感知方法，包括到达信号100 由于无线信道的影响，到达CR用户接收端信号中可能出现的授权 用户信号极化方式是时变的；假设CR用户接收的到达信号为
权利要求
一种基于快速变极化的谱感知方法，应用与认知无线电网络，其特征在于，包括CR用户接收端快速的采用与可能出现的授权用户信号到达极化方式相匹配的极化方式接收信号；将接收到的信号分为两路，第一路信号用于识别可能出现的授权用户信号的到达极化方式；第二路信用于频谱感知；对第一路信号进行处理，采用基于K臂赌博机的方法快速识别信号中可能出现的授权用户信号到达极化方式；对接收到的第二路信号进行频谱感知，以验证授权用户信号是否存在；根据频谱感知的结果对授权用户是否出现做出判决；若判断授权用户信号没有出现，则CR用户继续使用该段频谱空穴，在该段频谱空穴上传输信息并进行频谱感知；若判断授权用户信号出现，则CR用户立刻退出该频谱空穴。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CR用户接收端快速的采用与可能出 现的授权用户信号到达极化方式相匹配的极化方式接收信号，包括由于无线信道的影响，到达信号中可能出现的授权用户信号的极化方式是时变的； CR用户接收端快速的采用与可能出现的授权用户信号到达极化方式相匹配的极化方 式接收信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述CR用户接收装置快速的采用与可能 出现的授权用户信号到达极化方式相匹配的极化方式接收信号，包括CR用户接收装置通过一对相互正交的双极化天线接收信号；对相互正交的双极化天线接收到的两路信号分别进行幅度和相位的加权处理，使接收 极化方式与识别到的授权信号到达极化方式相匹配。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述CR用户接收装置通过一对相互正交 的双极化天线接收信号，包括CR用户接收端具有一对相互正交的双极化天线，该天线为两条极化方式相互正交的天 线组成，通常为水平极化天线和垂直极化天线或为左旋圆极化天线和右旋圆极化天线。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对第一路信号进行处理，采用基于K 臂赌博机的方法快速识别信号中可能出现的授权用户信号到达极化方式，包括采用K臂赌博机模型，将CR用户实现对所有极化状态的变极化这一个双自由度搜索问 题转化为K个独立的一维问题，降低搜索复杂度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将CR用户实现对所有极化状态的变 极化这一个双自由度搜索问题转化为K个独立的一维问题，显著降低了搜索的复杂度，包 括对K臂赌博机模型参数初始化；分布估计，将参数ω记为分布向量ρ(η)的制约因子，以制约因子ω > O来确定选择 手臂k的概率pk(n)，估计分布向量ρ(η) = [Ρι (η), . . . , ρκ(η)]；分布叠加，用于排除由于对手臂k选择的次序不同而带来的不稳定性，使得算法对K个 手臂均能有所选择，以获得较好的分布估计性能；计算各手臂的收益累计和，以rk(n) (k = 1，2，3. . . K ;n = 1，2，3. . . N)来表示第k个臂在第η步获得的收益累计和；判断是否终止查找，将叠加概率与叠加选择概率阈值Λλ进行比较，并查看当前K臂 赌博机执行步数是否为最大步数，然后进行判决；当K臂赌博机满足终止条件时，选择收益累计和rk最大的手臂。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述计算各手臂的收益累计和，以rk(η) (k= 1，2，3...Κ;η = 1,2, 3... N)来表示第k个臂在第η步获得的收益累计和，包括
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对接收到的第二路信号进行频谱感 知，以验证授权用户信号是否存在，包括频谱感知可采用各种本地物理层检测算法、合作频谱感知算法及跨层频谱感知算法。
全文摘要
本发明提供了一种基于快速变极化的频谱感知方法，适用于认知无线电网络。所述方法包括CR用户接收端识别到达信号中可能包含的授权用户信号极化方式，根据识别的授权用户信号到达极化方式，CR用户接收端采用与之匹配的极化方式接收到达信号，然后对接收的信号进行分析，判断授权用户信号是否出现。通过该方法认知无线电用户接收端可以快速的实现对授权用户信号低损耗的接收，显著提高频谱感知的检测性能。
文档编号H04B1/707GK101969352SQ20101054108
公开日2011年2月9日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者冯春燕, 刘芳芳, 曾志民, 郭彩丽, 魏冬 申请人:北京邮电大学