认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法

摘要

本发明公开了一种认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法。其关键是认知无线通信系统中的每个次用户在每次感知过程中根据理想孤波分布从所有要感知的信道中随机选择部分信道进行感知，并将该部分信道的信道标号以及该部分信道的感知结果发送给融合中心，融合中心再利用置信传播等推理算法对所有信道上主用户的活动状态做出综合分析及判决。本发明能够快速、高效、可靠地检测出多个信道上主用户的活动状态，并能降低每个次用户的感知能力要求、适应不同网络规模的合作感知方法，大大提高了检测效率，减少感知时延，从而有效提高频谱利用率。

主权项

一种认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法，其特征在于认知无线通信系统中的每个次用户根据理想孤波分布从所有要感知的信道中随机选择部分信道进行感知，并将所感知的部分信道上的采样信号的能量和作为感知结果发送给融合中心，当融合中心接收到的感知结果的数目不少于信道总数目时，融合中心即采用基于“或”运算的置信传播算法对所有信道上主用户的活动状态做出分析、综合及判决，具体步骤如下：1)每个次用户先按理想孤波分布随机生成一个度数dn，n＝1，…，N作为该次用户的感知信道数目，再从所有要感知的信道中随机选取dn，n＝1，…，N个信道作为该次用户所要感知的部分信道，理想孤波分布的表达式为： ρ ( i ) = 1 / M max , i = 1 1 / i ( i - 1 ) , i = 2 , . . . , M max - - - ( 1 ) 其中n表示次用户的标号，N表示认知无线通信系统中次用户的数目，Mmax为每个次用户每次能够感知的最大信道数目；2)每个次用户采用能量检测法得到其所感知的部分信道上采样信号的能量和，并将这个能量和作为感知结果，然后将其感知的部分信道的标号、感知结果作为该次用户的感知信息发送给融合中心；3)融合中心每接收到N个感知信息后，与之前接收到的感知信息构成一幅增广图，并判断感知信息的总数目是否不少于信道总数目，若满足，融合中心开始采用基于“或”运算的置信传播算法分析判决出所有信道上主用户的活动状态，否则融合中心继续等待接收下一个感知过程的感知信息；4)融合中心根据基于“或”运算的置信传播算法计算所有信道上主用户的活动状态的对数似然比LLR_Chanm，m＝1，…，M，其中m表示信道的标号，M表示认知无线通信系统所要感知的信道总数目，所有信道的初始信道状态为空闲和占用的概率分别为0.5、0.5，并将LLR_Chanm与预设门限T1、T2进行比较，若LLR_Chanm≥T1，则第m个信道Chanm上主用户的活动状态判为1，即信道被占用，若LLR_Chanm≤T2，则第m个信道Chanm上主用户的活动状态判为0，即信道空闲，否则融合中心无法判决出第m个信道Chanm上主用户的活动状态，认知无线通信系统中的所有次用户需要再进行一次感知；5)重复步骤1)～步骤4)，直至融合中心在认知无线通信系统规定的最大 感知次数内能判决出所有信道上主用户的活动状态为止；所述的融合中心采用基于“或”运算的置信传播算法计算所有信道上主用户的活动状态，算法为：(1)对于第n个次用户节点SUn，融合中心根据第n个次用户节点SUn的感知的部分信道上采样信号的能量和以及这些信道上主用户的活动状态为空闲和占用的概率Pr_Chanm(0)、Pr_Chanm(1)计算第n个次用户节点SUn的各个感知信道上主用户的活动状态的对数似然比UP_LLR_Chann，m，m∈Cn，并将UP_LLR_Chann，m，m∈Cn作为置信传播算法中变量节点向校验节点传递的消息，Cn表示SUn感知的部分信道，UP_LLR_Chann，m，m∈Cn的计算公式为： UP _ LLR _ Chan n , m = log f ( z m = 1 | Y n ) f ( z m = 0 | Y n ) = log Σ z m f ( z m = 1 , z m | Y n ) Σ z m f ( z m = 0 , z m | Y n ) - - - ( 3 ) 其中zm表示第m个信道Chanm上主用户的活动状态，zm表示去除第m个信道Chanm后第n个次用户节点SUn感知的其他信道上主用户的活动状态，Yn表示SUn感知的部分信道上采样信号的能量和；(2)对于第m个信道Chanm，融合中心根据从不同次用户节点传递来的消息UP_LLR_Chann，m，n∈Sm以及置信传播算法中的“等号”校验准则更新第n个次用户节点SUn，n∈Sm关于第m个信道Chanm上主用户的活动状态的对数似然比DOWN_LLR_Chann，m，n∈Sm，并将DOWN_LLR_Chann，m，n∈Sm作为置信传播算法中校验节点向变量节点传递的消息，Sm表示对第m个信道Chanm进行感知的次用户节点，DOWN_LLR_Chann，m，n∈Sm的计算公式为： DOWN _ LLR _ Chan n , m = Σ k ∈ S n UP _ LLR _ Chan k , m - UP _ LLR _ Chan n , m - - - ( 4 ) (3)对于第n个次用户节点SUn感知的第m个信道Chanm，m∈Cn，融合中心根据DOWN_LLR_Chann，m计算第m个信道Chanm上主用户的活动状态为空闲和占用的概率Pr_Chanm(0)、Pr_Chanm(1)，Pr_Chanm(0)、Pr_Chanm(1)的计算公式为：Pr_Chanm(0)＝1/[1+exp(‑DOWN_LLR_Chann，m)]      (5)Pr_Chanm(1)＝1‑Pr_Chanm(0)                      (6)(4)重复步骤(1)～步骤(3)，直至到达认知无线通信系统规定的迭代次数为止；(5)对于第m个信道Chanm，融合中心根据从不同次用户节点的传递来的消息UP_LLR_Chann，m，n∈Sm计算迭代终止时第m个信道Chanm上主用户的活动 状态的对数似然比LLR_Chanm，LLR_Chanm的计算公式为： LLR _ Chan m = Σ k ∈ S m UP _ LLR _ Chan k , m - - - ( 7 ) .