一种认知无线电频谱检测间隔的自适应调节方法
【技术领域】
[000U 本发明主要针对认知无线电通信（Cc供?別ire偏出0仿麗?w?ic別ion)环境下频谱 检测间隔的自适应调节方法进行设计，设及认知无线电频谱检测、检测间隔自适应调节。旨 在优化传统固定间隔的频谱检测机制在应用中存在的不足，属于无线通信领域。
【背景技术】
[0002] 自C屏皮提出W来，其灵活的频谱使用及高度智能的应用前景得到了业界前所未 有的关注，其中频谱检测中的射频信号识别、频谱空穴寻找和授权用户干扰控制等相关技 术得到了深入的研究和扩展。在实际应用中，由于口孩硬件和能量的限制，不可能实现连 续不间断的检测。传统典型的频谱检测大多采用固定检测间隔机制，检测间隔的设置往往 仅依据口胺入时间最大化，或检测能量最小化等原则，未综合考虑检测间隔的设置对各种 信号造成的干扰、口相户接入频谱的机会等因素的影响。
[0003] 目前，认知无线电中频谱检测间隔的调节方法，主要研究工作包括；"张宇等，基于 可变间隔的认知无线电频谱检测机制[J].北京邮电大学学报，2008, 31 (2): 128-131"在 固定检测间隔邢1间的基础上加入控制因子5 (0<火1)，使认知用户可W适时改变检测间 隔，讀日7作为一组向量共同优化检测成本。在前一次检测时，若没有检测到授权用户状态 变化，则按照等比的方式缩小检测间隔，本次检测间隔姑〇?-妹也化（也化为前一次检测间 隔)，在检测所造成的损失时间与检测次数之间进行折中，该检测机制比传统的固定间隔检 测更有效地控制了检测成本。"滕志军等，基于阴阳理论的认知无线电频谱检测算法[J]. 东北电力大学学报，2011，31(3) :47-51"使用阴阳理论中的阴阳算子进行动态优化平衡， 初始检测间隔为r，若持续一次没有检测到授权用户状态改变，则继续W周期7进行检测。 若检测次数i^2时，则W妹也化（0<s<l)为周期进行检测，同时i/清零，重复此过程直到 检测到授权用户的状态改变，通过每两次改变一次检测间隔的方法实现最小化检测成本的 & 祗TaposhBarterjee,VenugopalV.Veeravalli.Dece打tralizedData-Efficient QuickestChan邑eDetection[J].IEEEInternationalSymposiumonInformation 巧ewx 通过一种优化a/况/i#法实现快速变化点检测，通过对数似然比的符号进 行判断，在检测次数和检测延迟进行折中，W增加检测延迟为代价，有效地降低检测次数。
[0004] 使用固定检测间隔T作为基本常量进行算法设计的思想，在认知无线电中频谱检 测间隔调节算法中具有一定的局限性，W上工作只考虑了在固定检测间隔T的基础上进行 控制因子和阴阳算子的加入，忽略了W下几个方面的问题；第一，没有综合考虑用户信号分 布特性W及其信号对数据传输的影响；第二，未与频谱切换等算法结合，综合性能研究有待 提高；第S，在复杂的口咧络下，网络协议如何能够通过少量的数据信息，自主判断和调控 当前信道参数，在较小开销和延迟下，最终优化系统性能。
【发明内容】
[0005] 现有的可变间隔（巧exiWeA?ri(乂巧巧频谱检测机制，没有充分考虑 授权用户信号对数据传输的影响，该严重影响了次用户传输链路中断率、检测延迟和传输 速率等指标。本发明针对上述问题，提供一种频谱检测间隔的自适应调节方法，旨在通过结 合用户信号(授权用户信号或次用户信号）和空闲信道信号(噪声信号）分布特征，充分考虑 剧词络的特性对数据传输的影响；将a/况/i鞋法与可变间隔的频谱检测机制相结合，提出 一种新的频谱检测间隔自适应调节方法，该方法可有效提升数据传输的服务质量。其具体 技术方案如下： 一种认知无线电频谱检测间隔的自适应调节方法，包括W下步骤： 1) 利用a/况/i#法累积小偏移量，提高小偏移量灵敏度的特性，在检测误警率（剧化当 噪声信号的幅值超过检测口限时，检测系统就会误认为该信道被占用，该种错误称为误警， 它的发生概率称为误警率）受限的条件下，通过适时改变检测间隔，寻找检测所造成的检 测延迟与检测次数之间的折中； 2) 利用用户信号和空闲信道信号分布特征，得到该信道下信号值对应的对数似然比； 3) 引入对数似然比累加和的上限值乂据此判断是否切换信道，使口相户不在历巧^言 道上长时间检测或低效率传输数据； 4) 引入检测间隔调节参数化并据此对对数似然比累加和的下限值A进行修正，通过不 断更新的下限值妨央定是否停止检测从而控制检测间隔，此方法可使口相户在空闲信道上 增加数据传输效率，同时可减少口相户的检测次数。
【附图说明】
[0006] 图1为频谱检测流程图； 图2为用户信道频谱状态； 图3为对数似然比及累加和曲线图； 图4为检测间隔调节参数W与累加和初始下限值A的控制关系图。
【具体实施方式】
[0007] 为使本发明的内容、效果W及要点更加清楚明白，下面结合附图对本发明进一步 详细阐述。
[000引图1为频谱检测流程图，在该网络场景下，每个信道分为两种状态；被占用状态 (历巧7)，空闲状态（/出6)。CR用户可通过感知W决策是否接入信道，从而传输数据。图1 中，况衷示从此时刻开始传输数据（况，/?边rs69表示在频率i上进行频谱检测所需要 的时间，也任;表示若信道i空闲，其所对应的频谱检测间隔(其值会随环境变化而变化)。 由图1可W看出，当口?用户频谱检测端感知到该信道正处于侃狀态，感知端连续检测直 到满足切换条件时，切换到下一个信道继续进行频谱检测，直到检测到处于/^//6状态的信 道为止，此时确定通信信道，建立通信接口，发送业务数据。
[0009] 用户信道频谱状态如图2所示，每个信道根据在各时隙是否被使用分为6W/6F/狀 态，历巧7和/^//6分别代表该信道正在传输序列（0#状态）和频谱处于空洞状态（0/沪状 态）。在口相户的一个离散时间决策时隙冲，将按照频率/对信道中信号进行周期采样， 口相户采样的信号如下所示：
【主权项】
1. 一种认知无线电频谱检测间隔的自适应调节方法，包括以下步骤： 1) 使用鎮法累积小偏移量，提高小偏移量灵敏度的特性，在检测误警率受限的 条件下，通过适时改变检测间隔，寻找检测所造成的检测延迟与检测次数之间的折中； 2) 利用用户信号和空闲信道信号分布特征，得到该信道下信号值对应的对数似然比； 3) 引入对数似然比累加和的上限值儿据此判断是否切换信道，使α用户不在及言 道上长时间检测或低效率传输数据； 4) 引入对数似然比累加和的下限值九判断是否停止检测，此方法可使α用户在空闲 信道上增加数据传输效率，同时可减少α用户的检测次数； 5) 引入检测间隔调节参数?并据此对对数似然比累加和的下限值A进行修正，通过不 断更新的下限值A决定是否停止检测从而控制检测间隔，此方法可使α用户在空闲信道上 增加数据传输效率，同时可减少α用户的检测次数。
2. 根据权利要求1所述的一种认知无线电频谱检测间隔的自适应调节方法，其特征在 于：结合用户信号和噪声信号分布特征，充分考虑α网络的特性对数据传输的影响，结合 步骤1)和2)所述，使用对数似然比公式获得当前采样时刻信号值所偏向的分布：
其中，伪采样时间点，Xi]为该采样时间点的信号值，并通过对数似然比累加放大小 偏移量来提高灵敏度，公式如下：
3. 根据权利要求1所述的一种认知无线电频谱检测间隔的自适应调节方法，其特征在 于：如步骤3)、4)和5)所述，引入对数似然比累加和的上限值彡0)，下限值々(力彡0)， 调节参数》(0〈?<1); 当私多儿说明此信道已被占用，α用户切换信道； 引入检测间隔调节参数?并据此对对数似然比累加和的下限值A进行修正，A为停止 检测操作对应的累加和下限值，此方法通过不断更新的下限值A决定是否停止检测从而控 制检测间隔，使用如下判断关系式进行计算： 1) 私彡〇,此时私=私； 2) 私〈0,此时根据&_7的符号进行相应处理： 当私_7彡0时，私=War/私，~h}·, 当 ，gt=min{ 0，gt_fhu} ·， 按照等比缩小么值的方式进行自适应度的调节，公比为?通过公式么.=WX么^进行 下限值A的更新，直到检测到信道状态变化，若连续滅欠检测均显示信道处于空闲状态，即 诊歲]·，则令通过此方法可以降低检测次数，从而有效地降低检测开销。
【专利摘要】基于认知无线电中现有的可变间隔频谱检测算法没有综合考虑用户信号的活动特性以及其对数据传输的影响，这严重影响了CR用户网络服务质量。为此，本发明提出一种频谱检测间隔的自适应调节方法。旨在通过结合用户信号和噪声信号分布特征，充分考虑CR网络的特性对数据传输的影响，将CUSUM改进后的算法与可变间隔的频谱检测机制相结合，通过对对数似然比累加和的下限值进行调整来控制频谱检测间隔，此方法可有效提升数据传输的服务质量。
【IPC分类】H04B17-382
【公开号】CN104767579
【申请号】CN201510142819
【发明人】江虹, 罗智, 焦波, 李进, 张秋云, 郭秋梅
【申请人】西南科技大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月30日