由終端導向的多模終端認知無線電技術的製作方法

2023-07-22 14:41:36

本發明涉及一種認知無線電、頻譜感知、頻譜檢測、無線網絡技術，尤其涉及一種由終端導向的多模終端認知無線電技術。

背景技術：

當前日益增長的頻譜需求與有限的頻譜資源之間的矛盾是制約無線通信發展的主要瓶頸，然而根據調查，目前在授權頻段內的頻譜資源利用率卻處於非常低的水平，無線通信正在面臨著非常巨大的挑戰[1]。無線電頻譜資源一般是由政府統一授權分配使用，這種固定分配頻譜的管理方式常常會出現頻譜資源分配不均，甚至浪費的情形，這與日益嚴重的頻譜短缺問題相互矛盾。認知無線電技術作為一種智能頻譜共享技術有效的緩解了這一矛盾。它通過感知時域、頻域和空域等頻譜環境，自動搜尋已授權頻段的空閒頻譜併合理利用，達到提高現有頻譜利用率的目的[2]。認知無線電可以在已授權的頻段內尋找空閒頻譜，並在不影響授權用戶正常通信的前提下動態地利用頻譜資源，從而從根本上解決因頻譜資源的固定分配方式所導致的頻譜利用不合理的問題。

我們需要認知無線網絡發現可利用的頻譜資源，多種無線技術將帶來不同的利用頻譜資源的方法來感知頻譜。本發明提出了一種由終端導向的基於多模終端和認知無線技術的頻譜分配方案[3]，本方案中，從網絡運作者的觀點來看，即便每個用戶不知道其他用戶的具體位置，認知用戶也可以合理使用接入策略便可獲得高效的頻譜利用率[4]。從用戶的觀點來看，多模終端在異構網絡下的自動平衡能夠確保移動環境下的服務質量。

技術實現要素：

1、所要解決的技術問題

以認知無線電技術為基礎的動態頻譜共享網絡，面臨著傳統無線通信的所有安全問題，如無線信號的被截獲或篡改等：同時由於基於軟體無線電架構的認知無線電用戶，具有感知環境變化及調整自身參數的能力[5]。因此認知無線電網絡將會面臨一些新的安全隱患，比如冒充主用戶信號的攻擊。

公共控制信道在認知無線網絡中並不是容易實現的，因為網絡中的非授權用戶有可能找不到一個都可用的信道作為公共信道。

該技術方案是基於無幹擾的一種抽象方法，實際應用中一定存在幹擾的。

2、技術方案

為了解決以上問題，本發明提供了一種由終端導向的多模終端認知無線電技術，多模終端認知無線電技術是指在同一無線頻譜環境的範圍內，通過合併多個認知無線電節點的本地 檢測結果來進行頻譜感知的一項技術[1]。單一節點的檢測性能隨著信道的衰落變得下降，合作式頻譜感知策略可以克服這一缺點，同時，還能夠降低陰影效應帶來的不利影響，從而加強頻譜感知系統的整體檢測性能[2]。

多模終端認知無線電中，許多認知用戶感知目標信道並且相互通信，這樣是為了給處於陰影中的感知用戶提供檢測信息並讓中心節點做出正確的決斷[6]。這樣，可以有效避免由於陰影效應引起的錯誤決斷，提高檢測效率，避免由於認知用戶的位置不確定和陰影終端問題引發的幹擾。

多模終端認知無線電技術包括檢測和匯報兩個階段。檢測階段，認知節點採用本地頻譜檢測的方法獨立地進行頻譜檢測；匯報階段，所有認知節點發送各自判決的信息到信息融合中心，並由中心節點做出最終判決[3]。

假設傳輸過程中無噪聲，融合中心收到n個判決信息，按照某種融合準則對us經過處理，得到全局判決結果u0，過程如圖1所示：

本方案遵循「與」準則和「或」準則[4]，並在此基礎上分析了3用戶和5用戶合作式頻譜感知的性能，下面來分別進行描述。

「與」準則：

「與」邏輯合併，即中心節點將每個本地節點的判決結果用邏輯「與」的方式進行合併，即當所有的節點都判定授權用戶信號存在的時候，中心節點才最終判決為授權用戶存在，否則判決不存在授權用戶。

「或」準則：

「或」邏輯合併，即中心節點將每個本地節點的判決結果用邏輯「或」的方式進行合併，即當有一個本地節點判定授權用戶信號存在的話，中心節點就判決為授權用戶存在，否則判決不存在授權用戶。

3、有益效果

從網絡運作者的觀點來看，即便每個用戶不知道其他用戶的具體位置，認知用戶也可以合理使用接入策略便可獲得高效的頻譜利用率。

附圖說明

圖1.集中的合作式檢測數據融合模型

圖2.「與」融合準則下檢測概率和錯誤虛警概率的關係

圖3.「與」融合準則下檢測概率和信噪比的關係

圖4.「或」融合準則下檢測概率和錯誤虛警概率的關係

圖5.「或」融合準則下檢測概率和信噪比的關係

具體實施方式

下面通過實施例來對本發明進行詳細說明。

實施例1

其工作方式如下，

本次仿真我們主要利用matlab平臺，在信號帶寬w＝50000，採樣頻率fs＝2w＝2*50000，重複次數count＝5000下進行的。信噪比相同時，我們分別對單用戶，3用戶和5用戶合作感知的結果進行了比較，圖2和圖3表明「與」融合準則檢測在相同信噪比和相同虛警概率的情況下，隨著用戶數的增多，其檢測概率也隨之增加，但隨著認知節點數的進一步增加，檢測概率的增長十分有限，這是因為「與」準則是若且唯若所有的認知節點都檢測到主用戶的信號時，感知系統才會確認該頻譜正在被主用戶佔用。因此，「與」準則並不會輕易地得出主用戶信號存在的判決，只有當參與協作的各節點均支持這一判決時，系統才會確認這一判決。這種規則導致了在單節點檢測概率和虛警概率不變的前提下，通過「與」準則融合後的整體虛警概率能夠大幅降低，但作為代價，整體檢測概率也隨之降低。可見，「與」準則是以犧牲檢測概率來換取系統整體虛警概率的減小的。「與」融合準則在單用戶感知信噪比值較小的時候才顯示出來優勢，因為單用戶感知在信噪比值較小的時候不能依靠其他的力量來幫助它準確地做出判斷，而「與」融合準則檢測可以依靠其他信噪比值較大的節點來幫助，因此會顯示出更好的性能，但同時由於「與」融合準則檢測條件苛刻，需要每個認知用戶都判決為授權用戶存在時中心節點才判為授權用戶存在，固然比起信噪比值較大的單用戶能量檢測的檢測性能要差。

圖4和圖5表明「或」融合準則檢測在相同信噪比和相同虛警概率的情況下，隨著用戶的增多，其檢測概率也隨之增加。「或」準則的融合條件較為柔和，只要有一個認知用戶判斷授權用戶存在，融合中心就認為它是存在的。相同虛警概率情況下，「或」融合準則的檢測概率比任何一個單用戶能量感知都要高，相同檢測概率時，「或」準則的虛警概率比任何一個單用戶能量感知都要小，在這種環境中它的檢測性能比單用戶感知好。但是，「或」準則在有效地提高全局檢測概率的同時卻換來了全局虛警概率的增加。