一种大小尺度衰落信道下宽带协作频谱感知方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信技术领域，具体涉及一种大小尺度衰落信道下宽带协作频谱感知 方法。
【背景技术】
[0002] 在认知无线电网络中，为了不对主用户造成有害的干扰，认知用户需要通过频谱 感知的方式，对主用户进行判断是否存在。精确的频谱感知可W在不对主用户产生干扰的 同时，提高认知用户的接入机会，提高频谱资源的利用率。由于认知用户与主用户相对位置 的随机性，使得两者之间的无线信道也具有随机性。与理想信道相比，衰落信道对频谱感知 的可靠性影响较大。
[0003] 对于小尺度衰落信道或阴影衰落信道，单个认知用户受无线信道环境的影响，接 收信噪比明显下降，感知性能受到严重的影响，甚至出现隐终端的情况。由于认知用户的独 立性和随机性，基于多个认知用户的协作频谱感知能够明显的减小衰落信道的影响，提高 频谱感知的性能。
[0004] 在协作频谱感知中，各认知用户将感知结果通过报告信道传输到融合中也，通 过一定的融合准则和判决准则，得到最终的感知结果。因此，在协作感知过程中，感知 信道和报告信道都将会受到衰落信道的影响，增加了报告信道的误码率，降低了认知 用户的感知性能。目前，针对衰落信道下协作频谱感知技术，一些学者已展开了研究。 HerathSP等人提出的衰落信道的频谱感知，仅考虑了无线信道的衰落对感知信道的影 响，而没有考虑无线信道的衰落对报告信道传输误码率的影响化erathSP，Rajatheva N,TellamburaC.Energydetectionofunknownsignalsinfadinganddiversity reception[J].Communications,IEEETransactionson, 2011，59 (9):2443-2453.)。民ao A等人给出了独立不同分布的小尺度衰落信道下感知信道的检测概率和虚警概率，没有 考虑大尺度衰落对感知性能的影响（RaoA，AlouiniMS.Performanceofcooperative spectrumsensingovernon-identicalfadingenvironments[J].Communications,IEEE hansactionson, 2011，59(12) :3249-3253.)。HussainS等人提出了报告信道的传嬌 特性分析在认知无线网络中重要性（flussainS,FernandoX.PerformanceAnalysis ofRelay-BasedCooperativeSpectrumSensinginCognitiveRadioNetworks overNon-IdenticalNakagami-mChannels[J].Communications,IEEETransactions on, 2014, 62巧）：2733-2746.)。WangQ等人在考虑报告信道传输误码的情况下，给出了全局 检测概率和虚警概率的范围（WangQ,化eDW，LauFCM.Performanceofcooperative spectrumsensingoverfadingchannelswithlowsignal-to-noiseratio[J].Commu nications，lET，2012, 6 (13) : 1988-1999.)。但是，HussainS和WangQ均没有考虑大尺度衰 落信道中，传嬌距离W及不同的传嬌路径引起的路径损耗指数对报告信道误码率的影响。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是克服上述已有技术的不足，提出了一种大小尺度衰落信道下宽带 协作频谱感知方法，其特征在于：所述方法包括W下步骤：
[0006]S1构建大小尺度衰落信道下宽带协作频谱感知系统模型；
[0007]S2按照宽带频谱分成L个窄带频谱，并将次用户分成L个簇；
[0008]S3在小尺度衰落信道下，各个次用户利用能量检测的方法对窄带频谱进行感知；
[0009]S4根据簇头到融合中也的路径损耗指数、方差及传播距离，选择最优的簇头；
[0010] S5簇头利用"或"准则，对簇内的次用户的感知结果进行信息融合判决，实现簇内 的协作频谱感知；
[0011] S5通过簇间的协作，融合中也将所有的簇头信息进行合并，实现对宽带频谱的感 知。在上述技术方案的基础上，所述将宽带频谱分成L个窄带频谱包括：
[0012] 所述宽带频谱内包含L个窄带频谱，按照窄带信号的个数，将次用户按照距离最 小的原则分成相应的L个簇。
[0013] 在上述技术方案的基础上，所述小尺度衰落信道下，各个次用户对窄带频谱进行 感知包括：
[0014] 所述次用户在小尺度衰落信道包括莱斯衰落信道、瑞利衰落信道和化kagami-m 衰落信道。不同的簇感知不同的窄带信号。簇内的次用户基于能量检测方法对同一个窄带 信号进行频谱感知，得到窄带信号是否存在。
[00巧]在衰落信道下，感知性能受衰落信道的影响，平均检测概率吾={,,'巧/〇/)(/尸， 其中f(y)为衰落信道的概率密度函数；由于虚警概率Pf与信噪比Y无关，所W在小尺度 衰落信道的情况下，虚警概率Pf不变。
[0016] 在莱斯衰落信道下，莱斯衰落信道的概率密度函数为：
[0017]
【主权项】
1. 一种大小尺度衰落信道下宽带协作频谱感知方法，其特征在于，所述方法包括以下 步骤： S1构建一种大小尺度衰落信道下宽带协作频谱感知系统模型； S2按照宽带频谱分成L个窄带频谱，并将次用户分成L个簇； S3在小尺度衰落信道下，各个次用户利用能量检测的方法对窄带频谱进行感知； S4根据簇头到融合中心的路径损耗指数、方差及传播距离，选择最优的簇头； S5簇头利用"或"准则，对簇内的次用户的感知结果进行信息融合判决，实现簇内的协 作频谱感知； S5通过簇间的协作，融合中心将所有的簇头信息进行合并，实现对宽带频谱的感知。
2. 如权利要求书1中所述的一种大小尺度衰落信道下宽带协作频谱感知方法：其特征 在于：最优簇头的选择包括： 定义PU为主用户，共有L(L= 1，2,…，1)个子带；SU为认知用户，SU,W为第1个簇中 的第i个认知用户；SUf为第1个簇中的簇头；FC为融合中心；Linkl为PU-SU"之间的 链路；Link2为SU^-SUf之间的链路；Link3为SU^-FC之间的链路； 在协作频谱感知中，簇头负责簇内节点的信息融合，以及向融合中心发送簇判决结果， 第1个簇在融合中心的检测概率为：
其中，W为认知用户SU^的检测概率，g为衰落信道下的平均检测概率，Link2的
误码率为mN为第1个簇中m的个数： 为噪声功率， p(!l5SU「） ） 是对数距离d的线性函数，现在求使得gf最大或最优的簇头suf>，即
根据阴影衰落环境下的路径损耗，可以得到
其中，屯为远场参考距离，(Mdfcg为发射机到接收机之间的距离，K=U/4JICU2， 入为发射信号波长，n为路径损耗指数，W是均值为0,方差为^^且服从高斯分布的随机 变量； 当Linkl、Link2和Link3信道为理想信道，协作检测概率和虚警概率分别为
I认知用户suf的虚警概率； 当Linkl、Link2为理想信道，Link3为自由空间传播信道时，最优的簇头为
当Linkl为小尺度衰落信道，Link2为理想信道，Link3为阴影衰落信道时，最优的簇头 为-
【专利摘要】一种大小尺度衰落信道下宽带协作频谱感知方法，所述方法包括以下步骤：构建大小尺度衰落信道下宽带协作频谱感知系统模型；将频谱分成L个窄带频谱，并将次用户分成L个簇；在小尺度衰落信道下，利用多个簇分别感知不同的窄带频谱；在各个簇的簇头处采用“或准则”对各认知用户的信息进行融合和判决，完成簇内的频谱感知；各簇头将簇内的感知信息通过大尺度衰落信道发送到融合中心，融合中心对各窄带频谱的感知信息进行汇总，实现对宽带频谱的感知。本发明可以对宽带频谱进行感知；在大小尺度衰落信道环境下，具有良好的感知性能。
【IPC分类】H04B17-336, H04B17-382
【公开号】CN104702355
【申请号】CN201510088180
【发明人】刘明骞, 陈健, 李军芳
【申请人】西安电子科技大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年2月26日