专利名称：认知无线电系统中检测周期与检测时间的联合优化方法
技术领域：
本发明涉及一种特别用于认知无线电系统中检测周期与检测时间联合优化的方法，属于通信技术领域。
背景技术：
美国联邦通信管理委员会(FCC)做了一份调查显示70%已分配频谱没有得到充分利用，为了解决频谱利用率低的问题诞生了认知无线电技术(Cognitive Radio, CR)，通过机会式频谱共享方式实现频谱的共享。在认知无线电网络(Cognitive Radio Network, CRN)中，CRN对周围无线频谱占用情况的准确、快速检测是提高频谱利用率同时保护授权用户免受干扰的重要前提和核心环节，所以频谱检测是认知无线电中一项至关重要的技术。一些物理层检测方法包括能量检测法、匹配滤波器检测法、特征检测法等。但在实际应用场景中，常常采用基于MAC层的CR检测机制对检测参数进行选取和优化，提高物理层检测算法的有效性，快速发现频谱空穴，提高CR用户对频谱的检测性能和效率。在实际场景中，CR用户常采用的频谱检测模式为周期性频谱检测。周期性频谱检测中涉及两个非常重要的参数检测周期和检测时间。检测周期设置得太小，会导致过于频繁地检测，消耗不必要的能量，检测开销太大，检测性能下降；检测周期设置得太大，导致许多空闲频谱都没有被发现，使检测性能下降，同时检测周期太大，授权用户在该检测周期中再次出现的概率就越大，碰撞概率就越大。检测时间设置得合适与否本质上是检测质量和检测速度折中的体现检测时间设置得太小会导致过高的虚警概率使检测质量下降；检测时间设置得太大虽可提高检测质量，但在检测周期一定时用于数据发送的时间太少，使频谱的利用率大大降低。在固定检测时间且保证认知系统对授权用户的碰撞概率低于某个门限值的基础上，可优化检测周期来最大化系统归一化吞吐量。不同检测阶段检测时间优化具有不同优化公式在带外搜索新的空闲信道阶段，从最小化带外信道的平均搜索时间来优化；在机会占用频谱的带内周期性频谱检测阶段，从最大化可获得的平均吞吐量进行优化。在授权用户受到充分保护情况下，最优化检测时间可使次用户系统的有效吞吐量最大，并且应用分布式频谱感知方法可以使性能进一步提升。从跨层设计角度出发，对检测周期，检测时间，MAC层接入概率进行优化可使次用户网络的吞吐量最大化同时使授权用户免受次用户的干扰。也可从检测模式、检测周期、检测时间、检测信道等多个角度，对认知无线电频谱检测机制中的检测参数和检测策略的选取及优化方法进行理论推导和定量分析。但是目前都没有讨论检测周期与检测时间的联合优化问题。本发明在单用户检测多信道场景下考虑检测周期、检测时间联合优化问题。首先从提高频谱利用率同时减少对授权用户的干扰出发，以最大化发现频谱接入机会同时降低 CR用户对授权用户的干扰为目标研究检测周期优化问题，接着在目标检测概率限制下，以最大化CR用户检测信道能获得的归一化吞吐量为目标研究检测时间优化问题，最后基于检测周期、检测时间单独优化方法推导出检测周期、检测时间联合优化算法。采用该联合优化算法可得到次用户感知信道时的最优检测周期和检测时间，从而大大提高次用户的频谱接入机会和次用户检测信道的可获得归一化吞吐量。
发明内容
技术问题频谱检测是认知无线电中一项至关重要的技术，本发明的目的在于提供一种认知无线电系统中检测周期、检测时间联合优化方法，该方法基于检测周期、检测时间单独优化方法推导出检测周期、检测时间联合优化算法。采用该联合优化算法可得到次用户感知信道时的最优检测周期和检测时间，从而大大提高次用户的频谱接入机会和次用户检测信道的可获得归一化吞吐量。技术方案本发明提供了一种认知无线电系统中检测周期、检测时间联合优化方法，基于检测周期、检测时间单独优化方法推导出检测周期和检测时间联合优化算法。运用该算法可得到次用户感知信道时的最优检测周期和检测时间，大大提高次用户的频谱接入机会和检测信道的可获得归一化吞吐量。该方法包括以下步骤a.次用户检测到信道i的状态为占用时，次用户认为该周期内信道i不可用，但是在该周期内信道的状态可能由占用转为空闲，但是次用户没有检测到，丧失了该周期内
权利要求
1. 一种认知无线电系统中检测周期与检测时间的联合优化方法，其特征在于该方法包括以下步骤a.次用户检测到信道i的状态为占用时，次用户认为该周期内信道i不可用，但是在该周期内信道的状态可能由占用转为空闲，但是次用户没有检测到，丧失了该周期内信道i接入机会，记为ρ，根据
全文摘要
频谱检测是认知无线电中一项至关重要的技术，本发明的目的在于提供一种认知无线电系统中检测周期和检测时间的联合优化方法。具体步骤如下从提高频谱利用率同时减少对授权用户的干扰出发，以最大化发现频谱接入机会同时降低次用户对授权用户的干扰为目标对检测周期进行优化；然后在目标检测概率限制下，以最大化次用户检测信道能获得的归一化吞吐量为目标对检测时间进行优化；最后基于前面求取的检测周期和检测时间的方法对这两个参数进行联合迭代优化。采用该联合优化算法可得到次用户感知信道时的最优检测周期和检测时间，从而大大提高次用户的频谱接入机会和次用户检测信道的可获得归一化吞吐量。
文档编号H04B17/00GK102394712SQ20111035145
公开日2012年3月28日 申请日期2011年11月9日 优先权日2011年11月9日
发明者叶军, 朱洪波, 朱琦, 杨龙祥 申请人:南京邮电大学