一种认知无线电网络的协作频谱感知方法

摘要

本发明公开了一种认知无线电网络的协作频谱感知方法，按照如下步骤：(1)在已有授权用户PU的网络中配置包含N个认知用户SU和一个信息融合中心FC的认知无线电网络；(2)认知用户SU使用能量检测独立判断授权用户PU信号是否存在，然后将二进制硬判决结果发送到信息融合中心FC，其发射功率根据授权用户PU到该认知用户SU的信道条件自适应调整；(3)信息融合中心FC则采用最大似然检测器融合多个认知用户SU的结果，并最终判决授权用户PU是否正在占用频谱。本方法不需要认知用户SU发送软信息，认知用户SU可独立处理而无需相互交换信息，信息融合中心FC端检测器结构简单，易于实现；同时本发明方法具有通信开销小、分集增益高、虚警率和漏检率低等优良性能，具有较高的实用价值。

主权项

1.一种认知无线电网络的协作频谱感知方法，其特征在于，按照如下步骤：(1)在已有授权用户PU的网路中配置包含N个认知用户SU和一个信息融合中心FC的认知无线电网络；(2)认知用户SU使用能量检测独立判断授权用户PU信号是否存在，然后将硬判决结果发送到信息融合中心FC，其发射功率根据授权用户PU到该认知用户SU的信道条件自适应调整；(3)信息融合中心FC则采用最大似然检测器融合多个认知用户SU的结果，并最终判决授权用户PU是否正在占用频谱；所述步骤(2)是按照如下步骤：第一步：获取信号能量：以假设表示授权用户PU不发送信号，发送信号则用假设表示，若以矢量r_n表示接收信号，则(1)其中s=[s(1),…,s(K)]^T表示授权用户PU所发送的信号，其平均功率w_n:=[w_n(1),…,w_n(K)]^T，K为采样样本数，为加性复高斯白噪声，所有认知用户SU的平均噪声功率用表示，则是授权用户PU到第n个认知用户SU的信道衰落系数，服从均值为0，方差为的复高斯分布；这里不失一般性，假设所有认知用户SU的平均噪声功率相同；每个认知用户SU在其检测阶段从接收信号中获取K个采样点，以第n个认知用户SU为例，利用如下能量检测方法判定授权用户PU是否在发送信息：其中t_n为检测统计量，λ_n是与之相应的检测门限；第二步：根据检测门限判断授权用户PU信号是否存在；在奈曼-皮尔逊准则下，若虚警率指标不超过则检测门限由下式给出${\lambda }_n=Q^{-1}\left(\alpha \right)\sqrt{2K}{\sigma }_w^2+K{\sigma }_w^2---\left(3\right)$这里Q^-1(·)表示高斯尾函数Q(·)的逆函数；在最小错误概率准则下，检测门限由下式给出：${\lambda }_n=\frac{1}{2}K{\sigma }_w^2\pm \frac{1}{2}K{\sigma }_w^2\sqrt{(1+2{\gamma }_{\mathrm{pn}})(1+\kappa )}---\left(4\right)$其中（表示PU发射功率）为第n个认知用户SU的接收信噪比，且其中和分别是事件和的先验概率；当γ_pn和K都较大时，可行解将只有一个，此时门限的近似表示式${\lambda }_n\approx \frac{1}{2}K{\sigma }_w^2(1+\sqrt{1+2{\gamma }_{\mathrm{pn}}})---\left(6\right)$第三步：调制信号：根据第一步、第二步完成检测后，认知用户SU将判断结果映射为BPSK调制信号，即$x_n=\left\{\begin{array}{cc}1,& t_n\ge {\lambda }_n\\ -1,& t_n<{\lambda }_n\end{array}\right.---\left(7\right)$注意此处若使用通断（on-off）信号，即当t_n<λ_n时设置x_n=0，同样也属于本方法所涉及的内容；第四步：各认知用户SU使用正交信道发射调制后的信号；发射功率作如下自适应调整：其中β是常数，用于限定各认知用户SU的最大发射功率；h_pn表示PU至SUn的信道衰落系数；则代表认知用户SUn到信息融合中心FC的平均信道增益。