一種非理想信道下分布式協作頻譜感知的方法

2023-05-02 12:58:06 3

一種非理想信道下分布式協作頻譜感知的方法
【專利摘要】一種非理想信道下分布式協作頻譜感知的方法，本發明涉及非理想信道下分布式協作頻譜感知的方法。本發明是要解決在網際網路中頻譜資源緊缺，頻譜檢測的時間長對授權用戶造成幹擾，頻譜資源漏洞以及單用戶頻譜感知檢測性能受無線信道時變陰影衰落嚴重的問題，而提出一種非理想信道下分布式協作頻譜感知的方法。該方法是通過1、用戶m向用戶n發送信號；2、用戶m端接收後，得到檢測信號進行頻譜檢測；3、用戶n將信號進行信道估計得到4、用戶m端接收得到檢測信號進行頻譜檢測；5、用戶n將信號進行信道估計得到6、用戶m端接收後得到將進行頻譜檢測等步驟實現的。本發明應用於非理想信道下分布式協作頻譜感知領域。
【專利說明】一種非理想信道下分布式協作頻譜感知的方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種非理想信道下分布式協作頻譜感知的方法。

【背景技術】
[0002] 近年來，隨著無線通信技術的飛速發展，尤其是無線區域網、無線個人域網絡等技 術的發展，越來越多的人通過這技術以無線連接的方式接入到網際網路中。在此過程中，無線 資源被不斷劃分給各種不同的通信系統使用，導致頻譜資源越來越緊缺。儘管無線資源的 劃分已經趨於飽和，但是，近些年來很多研究機構在分析與監測當前無線頻譜資源的使用 狀況是卻發現，目前大量珍貴的已經授權的頻譜資源並未得到充分的利用，甚至在很多時 候幾乎沒有被使用從而處於空閒狀態。認知無線電系統所使用的頻譜資源主要包括兩類： 一類是開放的免授權頻段的頻譜，這類頻譜不屬於特定的用戶，對這類頻譜資源的使用不 需要經過授權，且使用該頻譜的無線通信系統具有相同的頻譜使用優先級；另一類是授權 頻段當前沒有被使用的頻譜，即被稱為"頻譜漏洞"或者"頻譜機會"的資源，對這一類頻譜 資源的使用，受到授權系統的活動情況的限制，授權系統享有最高的頻譜使用優先級，認知 無線電系統在使用這部分頻譜資源時必須確保不幹擾到授權系統。
[0003] 在認知無線電系統中，根據職能的不同，分為認知用戶和授權用戶，授權用戶是被 系統所分配頻譜資源的用戶，而認知用戶即為授權用戶在休眠狀態時所佔用其所分配頻譜 資源的用戶。授權用戶在不使用其所分配的頻譜資源時，可以造成頻譜資源的漏洞，這些漏 洞可以為認知用戶提供頻譜資源，使其得到服務的機會。因此認知用戶端的頻譜感知技術 在認知無線電系統中扮演一個很重要的角色，通過該技術可以使認知用戶能夠尋找到授權 用戶所不使用的頻譜資源。
[0004] 頻譜感知的方法包括兩類，單用戶頻譜感知和多用戶頻譜感知。雖然單用戶頻譜 感知比較簡單，但是檢測性能受無線信道中的時變陰影衰落很是嚴重。隨著檢測用戶數的 增加，系統的檢測性能也會隨之提高。因此多用戶頻譜感知的技術比較常用。現在多數的 多用戶頻譜感知系統，主要考慮的是在帶有一個數據融合處理中心來接收多個用戶各自頻 譜檢測的結果，通過一定的規則或算法得到最終的檢測結果，然後在通過數據融合處理中 心將最終檢測結果上報給接收端從而來判定此授權用戶是否佔用當前所分配的頻段。雖然 多次檢測結果匯總處理能夠得到一個比較正確的檢測結果，但是在帶有融合處理中心的多 用戶頻譜感知的系統中，頻譜檢測的時間過長勢必會對授權用戶造成幹擾。因此，分布式頻 譜感知技術被提出。現狀多數的分布式頻譜感知方法雖然能夠在一定程度上解決檢測時間 過長帶來的影響，但是頻譜的利用率比較低，並且在認知用戶信息傳輸的過程中授權用戶 的突然出現勢必會增加對授權用戶信息傳輸的幹擾，同時帶來認知用戶與授權用戶信息分 離的幹擾。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的是為了解決在網際網路中頻譜資源緊缺，利用率低，頻譜檢測的時間 過長對授權用戶造成幹擾，從而帶來認知用戶與授權用戶信息分離的幹擾，授權用戶在不 使用其所分配的頻譜資源時，造成頻譜資源的漏洞以及單用戶頻譜感知檢測性能受無線信 道中的時變陰影衰落嚴重的問題，而提出一種非理想信道下分布式協作頻譜感知的方法。
[0006] 上述的發明目的是通過以下技術方案實現的：
[0007] 步驟一、在第一個時間段即第一個傳輸時隙?\時，認知用戶m向認知用戶η發送 信號

【權利要求】
1. 一種非理想信道下分布式協作頻譜感知的方法，其特徵在於：一種非理想信道下分 布式協作頻譜感知的方法具體是按照以下步驟進行的： 步驟一、在第一個時間段即第一個傳輸時隙?\時，認知用戶m向認知用戶η發送信號
:其中，η = 1，2,3,4, . . .，n，m = 1，2,3,4, . . .，m ; (1)為第一個傳輸時隙 1\，a 代表認 知用戶m產生的信號； 步驟二、在傳輸時隙?\的下一個時間段即第二個傳輸時隙T2時，認知用戶η放大接收 來的信號
牛將認知用戶η要發送的信號
添加到放大後接收來的信號
#得到信號
全部發送給認知用戶m，認知用戶m端接收信號
後進行信道估計和信號分離，得到檢 測信號
並將
進行頻譜檢測，其中，（2)為第二個傳輸時隙T2;接收來的信號
包 括認知用戶η發送信號
和第一個傳輸時隙授權用戶發送的信號
，b為認知用戶η產 生的信號； 步驟三、在傳輸時隙Τ2的下一個時間段即第三個傳輸時隙Τ3時，認知用戶m將接收的 認知用戶η發送的信號
和接收第二個傳輸時隙授權用戶發送的信號進行放大後添加到 認知用戶m本身要發送的信號
中得到混合信號
全部發送給認知用戶n，用戶η將信 號
進行信道估計後得到」
S其中，（3)為第三個傳輸時隙； 步驟四、在傳輸時隙Τ3的下一個時間段即第四個傳輸時隙Τ4時，將認知用戶η端接收 的信號為
和接收第三個傳輸時隙授權用戶的信號放大後添加到認知用戶η本身要發送 的信號
中，得到混合信號
全部發送給認知用戶m，認知用戶m端接收信i
'後進行 信道估計和信號分離，得到檢測信號
.並將
進行頻譜檢測，其中，（4)為第四個傳輸 時隙； 步驟五、在傳輸時隙T4的下一個時間段即第五個傳輸時隙T5時，認知用戶m將認知用 戶η發送的信號
和第四個傳輸時隙授權用戶的信號放大後添加到認知用戶m本身要發 送的信號
中的混合信號
：部發送給認知用戶n，用戶η將信，
注行信道估計後 得到.
其中，（5)為第五個傳輸時隙； 步驟六、在傳輸時隙Τ5的下一個時間段即第六個傳輸時隙Τ6時，認知用戶η將認知用 戶m發送的信號
和第五個傳輸時隙授權用戶的信號放大後添加認知用戶η要發送的信 號
的混合信號.
全部發送給認知用戶m，認知用戶m端接收信號，
彳進行信道估計 和信號分離，得到檢測信號.
並將：
?行頻譜檢測，其中，（6)為第六個傳輸時隙；即 完成了一種非理想信道下分布式協作頻譜感知的方法。
2. 根據權利要求1所述一種非理想信道下分布式協作頻譜感知的方法，其特徵在於： 步驟二中的授權用戶發送的信號得到的過程為： 1) 在認知用戶無線電系統中，授權用戶發送的信號形式是正弦形式，認知用戶η和認 知用戶m所發送的信號為兩個階數不同的Chirp信號； 2) 通過分數傅立葉變換和窄帶的分數域濾波器，將認知用戶η、認知用戶m和授權用戶 的信號中將要認知用戶的信號分離出來； 3) 將分離出來的信號中的認知用戶的信號去除，剩下的信號即為系統性能檢測所需要 的授權用戶信號。
3. 根據權利要求1所述一種非理想信道下分布式協作頻譜感知的方法，其特徵在於： 所述步驟二中認知用戶η放大接收來的信號
表示為：
其中是第i個傳輸時隙時當授權用戶發送的信號，Θ是授權用戶存在的指示符， 當Θ = 1時則代表授權用戶存在，當Θ = 〇時則代表授權用戶不存在
代表第i個傳 輸時隙認知用戶m與η之間的信道係數，i = 1，2,3. ... i，時分雙工的模式，h" = hM
代表第i個傳輸時隙授權用戶與認知用戶η之間的信道係數，i = 1，2, 3. . . . i，
代表第 一個傳輸時隙認知用戶m向認知用戶η發送信號
代表第一個傳輸時隙認知用戶η 端接收到的噪聲。
4. 根據權利要求1所述一種非理想信道下分布式協作頻譜感知的方法，其特徵在於： 所述步驟二中在傳輸時隙?\的下一個時間段即第二個傳輸時隙Τ 2時，認知用戶η放大接收 來的信，
並將認知用戶η要發送的信號
：添加到放大後接收來的信號_
#得到信 號
全部發送給認知用戶m，認知用戶m端接收信號
後進行信道估計和信號分離，得 到檢測信號
件將：
進行頻譜檢測具體過程為：
其中，，
為第i個傳輸時隙認知用戶端放大轉發的係數，
為第二個傳輸時隙認 知用戶η要發送的信號； 認知用戶m接收到的信號進一步的化簡為：
nm代表認知用戶η向認知用戶m發送信號，是第二個傳輸時隙時授權用戶發送的 信號，
'代表第二個傳輸時隙認知用戶m端接收到的噪聲； 系統檢測時所估計得到的信號係數為
其中θι是信道估計誤差；認知用 戶η所發送的信號被消除，S卩
，其中，
為認知用戶η所發送信號被分離 後的信號，e2是認知用戶η信號分離誤差；此時在第二個傳輸時隙的認知用戶m端接收信 號
空過信道估計和信號分離之後的被檢測信號表示為：
由於頻譜檢測是採用的是能量檢測，那麼能量檢測問題被描述為： Y = Θ H+W 其中，Y為需要進行能量檢測的信號時域形式，W代表高斯白噪聲，檢測Η指示取決於： Hi ： Θ =1 H〇 ： θ = 〇 此時，在第二個傳輸時隙時，Η(2)與
被分別表示為：
在認知用戶m端檢測時，虛警概率i^2L·
和檢測概率公式分別表示為： 其中，T(Y) = |Y|2，Pm是認知用戶m從授權用戶接收到信號的功率；Pn是認知用戶η從 授權用戶接收到信號的功率，K = (edefe^P, L = {eA-e^rPh2, Ρ是認知用戶m或η所 傳輸的信號功率；h為信道係數，認知用戶m端通過能量檢測，獲得認知用戶m端的檢測性 能。
5. 根據權利要求1所述一種非理想信道下分布式協作頻譜感知的方法，其特徵在於： 步驟三中用戶η將信號進行信道估計後得到彡+f表示為 ：
其中：
代表第三個傳輸時隙認知用戶m端接收到的噪聲。
6. 根據權利要求1所述一種非理想信道下分布式協作頻譜感知的方法，其特徵在於： 步驟四中得到檢測信號
表示為：
其中，
代表第四個傳輸時隙認知用戶m端接收到的噪聲；
代表第三個傳輸時隙 認知用戶η端接收到的噪聲；d為檢測信號。
7. 根據權利要求1所述一種非理想信道下分布式協作頻譜感知的方法，其特徵在於： 步驟四中得到混合信號
表示為：
〇
8. 根據權利要求1所述一種非理想信道下分布式協作頻譜感知的方法，其特徵在於： 步驟五中用戶η將信號Mfi進行信道估計後得到^>表示為 ：
其中，
代表第五個傳輸時隙認知用戶η端接收到的噪聲。
9. 根據權利要求1所述一種非理想信道下分布式協作頻譜感知的方法，其特徵在於： 步驟六得到檢測信號_
0式為：
其中，Mf代表第六個傳輸時隙認知用戶m端接收到的噪聲。
【文檔編號】H04B17/00GK104125027SQ201410400304
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月14日 優先權日:2014年8月14日
【發明者】吳宣利, 付楠楠, 吳瑋, 孫陸寬, 趙婉君, 韓杏玲, 馬哲明 申請人:哈爾濱工業大學