CN100459807C - 用于无线通信的次用户协作、周期稳态特征检测主用户频谱洞的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于无线通信的次用户协作、周期稳态特征检测主用户频谱洞的方法，依次由频点检测初始化、协作及特征检测、频谱借用及频谱释放等步构成。该种方法由单个次用户分别采用周期稳态特征检测法检测主用户的频谱内是否存在频谱洞，不需确定阀值，能区别不同调制信号，协作次用户将检测结果回复要求协作次用户，只有当所有的次用户均检测到该频谱洞时，要求协作次用户才借用主用户该频谱洞对应的信道，检测概率高，检测时间短，感知增益高。

Description

用于无线通信的次用户协作、周期稳态特征检测主用户频谱洞的方法

所属技术领域

本发明属于无线通信系统中用于提高频谱利用效率的技术领域，尤其属于机会式频谱共享、提高频谱利用效率技术领域中的频谱洞检测技术。

背景技术

近几年来对频谱资源需求显著增加，频谱资源面临紧缺问题越来越突出。解决这一问题的有效途径是多无线电系统的频谱共享技术，特别是机会式频谱共享技术。将提供共享频谱资源的用户称为主用户，共享主用户归属的无线电系统的频谱资源的用户称为次用户。机会式频谱共享法是次用户采用见机行事的方式使用主用户的频谱资源。即主用户有空闲的信道，次用户便接入；主用户没有空闲的信道，次用户便等待主用户空闲信道的出现。一旦主用户要使用属于自己，但正被次用户占用的信道，次用户必须立即释放所占用的主用户信道，即对主用户的信道有主次使用之别，以主用户为主，次用户为辅。

当主、次用户间无任何信号联系，次用户能否接入到主用户的频段；或次用户占用了主用户的频段，而主用户又要使用该频段时，次用户能否立刻退出正占用的信道，这是机会式频谱共事法必须首先解决的问题，解决这一问题的基本办法是频谱感知技术。频谱感知是指：实时检测主用户归属的无线电系统的频谱资源是否存在频谱洞，即检测用户是否在所分配的频点上处于活动状态，如果用户在该频点上出现，则不存在频谱洞；反之，则该频点上存在频谱洞。它是机会式频谱共享法判断是否存在次用户利用主用户信道机会的重要手段。

现有实现频谱感知的主要方法有：

其一，能量检测法。次用户对输入信号进行带通滤波，以选择主用户可能提供的频谱资源中心频率和带宽，对选择频段的信号在一定的观察时间内平方和积分，求信号的能量，并和设定的阀值比较，若大于该阀值，则用户正使用该频段，否则，用户没有使用该频段，次用户可以接入该频段。本.怀德(Ben Wild)等人在“用于感知无线电的检测主用户接收机”(“Detecting Primary Receivers forCognitive Radio Applications，”IEEE Symposium on New Frontiers in DynamicSpectrum Access Networks，8-11 Nov.2005，Baltimore，Maryland USA，pp124-130.)论文中检测主用户发射机局部振荡器(LO：Local Oscillator)发出的泄漏能量，可以降低检测主用户的难度。对泄漏能量的直接检测在实际中行不通。首先当次用户和主用户间距离较远时，检测LO泄漏能量难度加大，其次LO泄漏能量非常易变化，和接收机的模型和生产时间有关。本.怀德提出在主用户接收机附近安装一些小的和低代价传感器节点，由这些节点检测LO泄漏能量，节点将监测结果通过单独的控制信道传递给次用户，这实际上是间接的能量检测法。当主用户不移动时，传感器节点放置简单，可是主用户移动时较麻烦。能量检测法缺点表现为：判别阀值难以确定；不能区别不同调制信号；在阴影/衰减环境下检测性能下降；不能检测扩频信号等。

其二，协作频谱感知法。为了克服能量检测法在阴影/衰减环境下性能下降的缺点，当前越来越倾向采用在次用户间协作进行频谱感知的方法。当一些次用户因阴影/衰减无法检测主用户时，可能存在和这些次用户相邻地方的其它次用户没有受到阴影/衰减的影响，这些次用户能有效检测主用户，并将监测结果告知其它次用户。此外，协作频谱感知也指多个次用户共同参与检测主用户，以减少检测时间和增加检测概率。德.凯布瑞克(D.Cabric)等人的“感知无线电的频谱感知实现问题”(“Implementation issues in spectrum sensing for cognitiveradios，”in Proc.Asilomar Conference on Signals，Systems，and Computers，2004.)论文，杰 海能布兰德(J.Hillenbrand)等人的“频谱池系统中检测概率和虚警概率的计算”(“Calculation of detection and false alarm probabilities in spectrumpooling systems，”IEEE Communications Letters，vol.9，no.4，pp.349-351，April2005.)论文，思.海肯(S.Haykin)的“感知无线电：智能无线电通信”(“CognitiveRadio：Brain-Empowered Wireless Communications，”IEEE Journal on SelectedAreas in Communications，vol.23，no.2，pp.201-220，February 2005.)论文，以上的这些论文都探讨了协作频谱感知法。但它们仅限于ad hoc网络(自组织分组无线网络)，而没有探究考虑不同参数(如次用户的数量、监测概率和虚警概率)的更普遍模型和更重要的传输参数。艾.伽思米(A.Ghasemi)等人在“衰减环境下用于机会式接入的协作频谱感知”(“Collaborative Spectrum Sensing forOpportunistic Access in Fading Environments，”IEEE Symposium on New Frontiersin Dynamic Spectrum Access Networks，8-11 Nov.2005，Baltimore，Maryland USA，pp131-136.)论文中，在上述它人工作基础上量化了在衰减环境下频谱感知，并研究了次用户间协作影响。基.感森(G.Ganesan)等人在“感知无线电网络中协作频谱感知”(“Cooperative Spectrum Sensing in Cognitive Radio Networks，”IEEESymposium on New Frontiers in Dynamic Spectrum Access Networks，8-11 Nov.2005，Baltimore，Maryland USA，pp137-1142.)论文中分析了协作频谱感知可以减少检测时间和增加检测概率(检测概率是指在频谱洞实际存在的情况下，检测频点上的能量值大于设定的阀值的概率)的好处。

其三，特征检测法。在信号的特征中周期稳态属性表现出特有的价值，不同的用户信号和噪声信号表现的周期稳态属性程度不同。信号的周期稳态属性分为一次属性即周期均值、二次属性即周期变化值和高次属性。针对不同的检测信号，利用这些周期稳态属性可有效检测不同的信号。思.商卡(S.Shankar)等人在“频谱敏捷无线电：应用和感知结构”(“Spectrum Agile Radios：Utilizationand Sensing Architectures，”IEEE Symposium on New Frontiers in DynamicSpectrum Access Networks，8-11 Nov.2005，Baltimore，Maryland USA，pp160-169.)论文中简单地介绍了周期稳态特征检测法，并给出了数字电视信号的二次周期稳态属性检测。

特征检测法的性能比能量检测法好，但是特征检测法和能量检测法一样在阴影/衰减环境下检测频谱洞性能下降。而协作频谱感知法以增加次用户协作感知结构为代价，能够有效地克服这一问题。艾.伽思米等人讨论了每个次用户采用能量检测法的协作频谱感知，德.凯布瑞克、杰.海伦布兰德、思.海肯和基.感森等人仅限于讨论协作频谱感知法，没有讨论单个次用户的频谱感知方法，也没有讨论单个次用户的频谱感知方法和多用户协作的结合问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于无线通信的次用户协作、周期稳态特征检测主用户频谱洞的方法，该种方法不需确定阀值，能区别不同调制信号，且其感知增益高，检测时间短，检测概率高。

本发明实现其发明目的，所采用的技术方案为：一种用于无线通信的次用户协作、周期稳态特征检测主用户频谱洞的方法，依次由以下步骤组成：

a、频点检测初始化：设置次用户协作公用信道，所有次用户均可在该公用信道发布和接收协作信息。

b、协作及特征检测：需用频谱资源的要求协作次用户选择主用户频谱的检测频点，并通过协作公用信道广播要求协作检测消息，一定地理范围内的其它次用户收听到该消息，成为参与协作的协作次用户；要求协作次用户和协作次用户采用周期稳态特征检测法，检测在选择频点上信号的状态，若检测得到的周期稳态特征值为零，判定选择频点上检测到的信号为噪声，表明没有任何主用户信号或次用户信号在该频点出现；若检测得到的周期稳态特征值不为零，表明有主用户信号或次用户信号在该频点出现，并根据周期稳态特征值，判定在该频点出现的信号是主用户信号还是次用户信号；协作次用户检测到主用户在选择频点上出现或次用户正使用该频点时，则回复检测频点被占用消息，否则不回复任何信息。

c、频谱借用：要求协作次用户在预定的时间间隔内，没有接收到协作次用户回复的该频点被占用消息，并且自己的检测结果也表明在该频点没有出现主用户信号和任何次用户信号，判定主用户频谱资源在该频点存在频谱洞，该要求协作次用户开始借用该频点，并同时转d步；否则，不能借用；选择下一频点，重复b步步骤，直到搜索完主用户的所有频点，仍末检测到频谱洞的存在，则结束协作及特征检测。

d、频谱释放：当要求协作次用户在借用主用户频谱洞对应的信道时，要求协作次用户和协作次用户仍然一直采用b步的步骤，检测该信道的情况；一旦判定在该频点出现主用户信号，要求协作次用户立即退出该信道，选择下一个频点，重复b步的检测；而当该要求协作次用户停止借用信道时，要求协作次用户停止检测，并通过协作公用信道发出停止协作检测的信号，协作次用户接收到该信号，结束协作检测。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明将特征检测法和协作频谱感知法相结合，协作次用户将检测结果回复要求协作次用户，当所有次用户均检测到主用户频谱洞存在时，才最终确认主用户频谱洞确实存在，要求协作次用户方才可以借用该频谱洞相对应的信道。这种协作检测方式实现简单，且能有效地消除阴影/衰减效应带来的次用户的误检，明显提高了频谱洞的检测概率，从而降低了次用户对主用户正常使用的干扰概率；由于多个用户协作检测，每个次用户仅需检测少量次数即可得出准确的检测结果，因此，本发明检测时间减少，检测增益提高。协作次用户个数越多，对检测性能提高越明显。

2、由于采用了周期稳态特征检测法，不同调制信号的功率谱密度可能相同，但其频谱相关函数差别较大，因此，由频谱相关函数计算得到的周期稳态特征值也不同。噪声信号的周期稳态特征值为零，用户信号的周期稳态特征值不为零，不同的主用户或次用户的周期稳态特征值不同，根据周期稳态特征值这一特点，可以分别检测出噪声、主用户信号和次用户的信号。从而可以克服能量检测法固有的难以确定判别阀值、不能区别不同调制信号和不能检测扩频信号等主要缺点。本发明的方法在没有次用户协作时，即演变为周期稳态特征检测法。其检测概率等性能也比能量检测法高。这一点在实际应用中很重要，因为很多情形下次用户不得不工作在无协作状态。

3、只有当检测到被检测频点被占用时，协作次用户才将检测信息回复给要求协作次用户；反之，则不回复协作结果。这种协作信息传播方式尽可能减少了对协作公用信道的占用。

4、本发明的协作协议采用分布式协作协议。即要求协作次用户和协作次用户之间直接双向通信；而不像集中式分布式协作协议需控制中心，从而省掉了类似中间公共基站这样的设备，使得本发明实施更容易方便，成本更低，可靠性更高。

上述的参与协作的所有协作次用户在协作公用信道发布和接收信息时，采用随机竞争型协议方式使用协作公用信道。

上述的随机竞争型协议方式为载波监测多址接入协议方式或分片ALOHA接入协议方式。

由于协作公用信道仅用于传送信息量很少的要求及停止协作检测消息和协作检测结果回复，该公用信道绝大部分时间空闲，出现信道繁忙而碰撞的概率很小。因此，可以采用载波监测多址接入(CSMA)方式或分片ALOHA接入协议方式等成熟的随机竞争型协议方式，使得本发明方法实施时更方便。

上述的协作公用信道发布和接收协作信息的格式由4个字段组成：要求协作次用户的身份号+要求协作检测的频点+协作次用户的身份号+协作检测的频点；各字段全部为0，为停止协作检测的信息。前2个字段为要求协作检测消息，后2个字段为回复检测频点消息，发布的停止协作检测的信息，则由各字段全部为0来表示。这种协作信息检测传输格式，以较少的字段有效地传递了协作检测的相关信息。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图。

图2为本发明实施例的协作公用信道发布和接收协作信息的格式示意图。图3为本发明实施例的方法和协作能量法在相同的协作次用户个数和不同的虚警率下的检测概率的对比。

图4为本发明实施例的方法在不同的协作次用户个数和不同的虚警率下的检测概率的曲线对比。

图5为本发明实施例的方法和协作能量法在相同协作次用户个数和不同虚警率下的检测时间增益的对比。

图6为本发明实施例的方法在不同协作次用户个数和不同的虚警率下的检测时间增益的对比。

实施例

图1示出，本发明的一种具体实施方式为：一种用于无线通信的次用户协作、周期稳态特征检测主用户频谱洞的方法，依次由以下步骤组成：

a、频点检测初始化：设置次用户协作公用信道，所有次用户均可在该公用信道发布和接收协作信息。

b、协作及特征检测：需用频谱资源的要求协作次用户选择主用户频谱的检测频点，并通过协作公用信道广播要求协作检测消息，一定地理范围内的其它次用户收听到该消息，成为参与协作的协作次用户；要求协作次用户和协作次用户采用周期稳态特征检测法，检测在选择频点上信号的状态，若检测得到的周期稳态特征值为零，判定选择频点上检测到的信号为噪声，表明没有任何主用户信号或次用户信号在该频点出现；若检测得到的周期稳态特征值不为零，表明有主用户信号或次用户信号在该频点出现，并根据周期稳态特征值，判定在该频点出现的信号是主用户信号还是次用户信号；协作次用户检测到主用户在选择频点上出现或次用户正使用该频点时，则回复检测频点被占用消息，否则不回复任何信息；

c、频谱借用：要求协作次用户在预定的时间间隔内，没有接收到协作次用户回复的该频点被占用消息，并且自己的检测结果也表明在该频点没有出现主用户信号和任何次用户信号，判定主用户频谱资源在该频点存在频谱洞，该要求协作次用户开始借用该频点，并同时转d步；否则，不能借用；选择下一频点，重复b步步骤，直到搜索完主用户的所有频点，仍末检测到频谱洞的存在，则结束协作及特征检测；

d、频谱释放：当要求协作次用户在借用主用户频谱洞对应的信道时，要求协作次用户和协作次用户仍然一直采用b步的步骤，检测该信道的情况；一旦判定在该频点出现主用户信号，要求协作次用户立即退出该信道，选择下一个频点，重复b步的检测；而当该要求协作次用户停止借用信道时，要求协作次用户停止检测，并通过协作公用信道发出停止协作检测的信号，协作次用户接收到该信号，结束协作检测。

通常选择频谱资源大部分时间闲置的的无线电系统作为主用户系统，其用户为主用户，如用于民用紧急事件报警系统(地震报警系统)；选择频谱资源较紧缺的无线电系统，如GSM移动通信系统为次用户系统，其用户为次用户。初始检测频点选为主用户频谱的低频点。

在进行b步特征检测、协作与频谱借用时，要求协作次用户最初选择的主用户频谱的检测频点，可以为主用户频谱的任一频点；但一般选择其最低频点作为最初检测频点。

本例参与协作的所有协作次用户在协作公用信道发布和接收信息时，采用随机竞争型协议方式使用协作公用信道。随机竞争型协议方式选择载波监测多址接入协议方式载波监测多址接入(CSMA)协议方式或者分片ALOHA(Additive Link On-Line Hawaii System)接入协议方式。

图2示出，本例的协作公用信道发布和接收协作信息的格式由4个字段组成：要求协作次用户的身份号+要求协作检测的频点+协作次用户的身份号+协作检测的频点；各字段全部为0，为停止协作检测的信息。

本例中身份号统一由16位二进制表示，检测频点由8位二进制表示。前2个字段为要求协作检测消息，后2个字段为回复检测频点消息。

更具体的信息格式如下：

要求协作检测时发布的消息为，要求协作检测的次用户的身份号＝身份号，如GSM手机的SIM号，要求协作的检测的频点＝该频点值，协作检测的次用户的身份号＝0，协作检测的频点＝0。

回复检测频点被占用消息时其消息为：要求协作检测的次用户的身份号＝0，要求协作的检测的频点＝0，协作检测的次用户的身份号＝身份号，协作检测的频点＝检测频点值。

本例的次用户，用周期稳态特征检测法对检测频点状态进行检测的具体做法和原理如下：

检测频点上的调制信号通常由正弦载波、脉冲、重复扩频、跳频系列或周期前缀等组成。因此，调制信号可以通过周期稳态特征加以区别。周期稳态特征由周期稳态特征值定量描述，周期稳态特征值由频谱相关密度(DSC：densityof spectral correlation)(或称频谱相关函数(SCF：spectral correlation function))计算得到，见公式(3)。DSC(或SCF)的定义为：

$S_x^{\mathrm{\α}}\left(f\right)=\underset{T\→\∞}{\lim }\underset{\mathrm{\Δt}\→\∞}{\lim }{\∫}_{+\frac{\mathrm{\Δt}}{2}}^{-\frac{\mathrm{\Δt}}{2}}\frac{1}{T}{X}_T(t,f+\frac{\mathrm{\α}}{2})X_T^{*}(t,f-\frac{\mathrm{\α}}{2})\mathrm{dt}---\left(1\right)$

上式中，X_T(t，v)为有限时段内付里叶变换，表达式为：

$X_T(t,v)={\∫}_{-\frac{T}{2}}^{+\frac{T}{2}}x\left(u\right)e^{-j2\mathrm{\πuv}}\mathrm{du}---\left(2\right)$

X_T ^*(t，v)为X_T(t，v)的共轭，T为长度，Δt为时间段，f为中心频率，α为循环频率(Cycle frequency)。

周期稳态特征值为：

$Y_d=\underset{T\→\∞}{\lim }\left|y_{\mathrm{\α}}\left(t\right)\right|=\left\{\begin{array}{c}\frac{1}{N_0^2}{\∫\left|S_x^{\mathrm{\α}}\left(f\right)\right|}^2\mathrm{df},\mathrm{\α}\≠0,H_1\\ 0,\mathrm{\α}\≠0,H_0\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中，y_α(t)为特征值时域表达式，S_x ^α(即频谱相关函数)、T、α同式(1)，H₀、H₁分别表示主用户U_p不出现和出现两种情形。

频谱相关密度不同于功率谱密度，它是二维变换，当α＝0时，周期稳态特征检测法变为能量检测法。不同调制信号的功率谱密度可能相同，但其频谱相关函数差别较大，因此，由频谱相关函数计算得到的周期稳态特征值也不同。噪声信号的周期稳态特征值为零，用户信号的周期稳态特征值不为零，不同的主用户或次用户的周期稳态特征值不同，根据周期稳态特征值这一特点，可以分别检测出噪声、主用户信号和次用户的信号。可见，周期稳态特征检测法可以克服能量检测法固有的难以确定判别阀值、不能区别不同调制信号和不能检测扩频信号等主要缺点。

本发明性能指标的理论计算如下：

1、系统模型

为了分析本文提出的次用户协作检测主用户频谱洞的特征检测法的性能，先建立系统分析模型如下：

(1)归属于一个无线电系统的主用户用U_P表示，其使用的指配频段为{f_low，f_High}。归属于另一无线电系统的次用户，当它们自己的频段内无信道提供时，可以机会式共享{f_low，f_High}频段。这样的次用户共n个(可随时增减)，用U₁，U₂，...U_n表示，它们在空间上随机分布在U_P的周围，其中有些次用户离U_P较远，有些较近，考虑衰减和阴影效应。

(2)频谱感知的目的是在下列两种情形下作决策：

$x_i\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}n\left(t\right),& H_0\\ h_{\mathrm{pi}}s\left(t\right)+n\left(t\right),& H_1\end{array}\right.---\left(4\right)$

上式中，x_i(t)为次用户U_i接受到的信号，s(t)为主用户U_p发送的信号，n(t)为加性白高斯噪声，h_pi(t)为主用户U_p到次用户U_i之间信道增益。H₀，H₁分别表示主用户U_p不出现和出现两种情形，同式(3)。

(3)n个次用户间协作检测方式采用要求协作次用户和协作用户之间直接互传信息的简单分布式协作协议。

(4)次用户U_i采用周期稳态特征检测法检测U_P是否出现。

2、性能分析

(1)检测概率

检测概率是指在频谱洞实际存在的情况下，检测频点上的特征值大于0即检测结果表明它存在的概率。而虚警率是指频谱洞实际不存在的情况下，检测频点上的特征值大于0即检测结果表明它存在的概率。

单个次用户采用周期稳态特征检测法单独检测概率p_d和虚警率p_f分别为：

P_d＝P{Y_d＞0|H₁}                                    (5)

P_f＝P{Y_d＞0|H₀}                                    (6)

上式中，Y_d为周期稳态特征值，见式(3)。

如果全部n个次用户单独决策中存在一个决策为H₁，一个次用户从其它n-1个次用户那里接受决策，并得到决策结果为H₁，融合规则采用：或规则、或者n个取1规则，则协作检测概率P_cd和虚警率P_cf分别为：

P_cd＝1-(1-P_d)ⁿ                                  (7)

P_cf＝1-(1-P_f)ⁿ                                  (8)

(2)协作检测相对平均时间

若单个次用户单独检测平均时间为T₀，则可定义不协作检测相对平均时间为：

$T_{\mathrm{nc}}=\frac{T_0}{P_d}---\left(9\right)$

同样，则可定义协作检测相对平均时间T_c为：

$T_c=\frac{T_0}{P_{\mathrm{cd}}}---\left(10\right)$

(3)检测时间增益

检测时间增益反映协作方式对检测时间的改善，定义协作检测相对不协作检测的检测时间增益μ为：

$\mathrm{\μ}=\frac{T_{\mathrm{nc}}}{T_c}---\left(11\right)$

由(9)、(10)式得：

$\mathrm{\μ}=\frac{P_{\mathrm{cd}}}{P_d}---\left(12\right)$

3、性能指标计算实例

考虑主用户为BPSK信号(解调二进制移相键控信号)，键值间隔为T₀，载波频率为f_c，在白高斯噪声环境下，次用户检测主用户。

图3为本发明的方法和协作能量法在相同的协作次用户个数n＝2和不同虚警 率下的检测概率。图中α＝0的带圆圈的曲线为协作能量法，α＝1/T₀的带矩形的曲线为本发明方法的曲线。从图3中可以看出，在相同的协作次用户个数，在相同的虚警率下，本发明的方法的检测概率比协作能量法高。

图4为本发明的方法在不同的协作次用户个数n＝2，3和不同虚警率下的检测概率。图中的带矩形的曲线为n＝2即次用户为两个时的曲线，带三角形的曲线为n＝3即次用户为三个时的曲线。图4表明，当协作次用户个数增加时(n由2增加到3)，在相同的虚警率下，本发明的方法的检测概率提高，这表明协作的特征检测法随协作次用户个数增加检测概率提高。

图5为本发明的方法和协作的能量法在相同协作次用户个数n＝2和不同的虚警率下的检测时间增益。图中α＝0的带三角形的曲线为协作能量法，α＝1/T₀的带菱形的曲线为本发明方法的曲线。从图中可知，在相同协作次用户个数n＝2条件下和相同的虚警率下，本发明的方法的检测时间增益比协作的能量法大。

图6为本发明的方法在不同协作次用户个数n＝2，6和不同的虚警率下的检测时间增益。图中的带星形的曲线为n＝6即次用户为两个时的曲线，带三角形的曲线为n＝2即次用户为三个时的曲线。当协作次用户个数增加时(n由2增加到6)，在相同的虚警率，特别是较低的虚警率下，当协作次用户个数多的本发明方法检测时间增益较显著，在更低的虚警率下，时间增益改善明显，而在其它值的虚警率下，当协作次用户个数增加时，本发明方法的检测时间增益仅略有改善。这说明协作次用户个数增加对缩短检测时间有好处，同时由于不协作时特征检测法的检测概率比能量检测法高，所以协作次用户个数增加对特征检测法的检测时间增益影响没有能量检测法大。

Claims (4)

1、一种用于无线通信的次用户协作、周期稳态特征检测主用户频谱洞的方法，依次由以下步骤组成：

a、频点检测初始化：设置次用户协作公用信道，所有次用户均可在该公用信道发布和接收协作信息；

b、协作及特征检测：需用频谱资源的要求协作次用户选择主用户频谱的检测频点，并通过协作公用信道广播要求协作检测消息，一定地理范围内的其它次用户收听到该消息，成为参与协作的协作次用户；要求协作次用户和协作次用户采用周期稳态特征检测法，检测在选择频点上信号的状态，若检测得到的周期稳态特征值为零，判定选择频点上检测到的信号为噪声，表明没有任何主用户信号或次用户信号在该频点出现；若检测得到的周期稳态特征值不为零，表明有主用户信号或次用户信号在该频点出现，并根据周期稳态特征值，判定在该频点出现的信号是主用户信号还是次用户信号；协作次用户检测到主用户在选择频点上出现或次用户正使用该频点时，则回复检测频点被占用消息，否则不回复任何信息；

c、频谱借用：要求协作次用户在预定的时间间隔内，没有接收到协作次用户回复的该频点被占用消息，并且自己的检测结果也表明在该频点没有出现主用户信号和任何次用户信号，判定主用户频谱资源在该频点存在频谱洞，该要求协作次用户开始借用该频点，并同时转d步；否则，不能借用；选择下一频点，重复b步步骤，直到搜索完主用户的所有频点，仍末检测到频谱洞的存在，则结束协作及特征检测；

d、频谱释放：当要求协作次用户在借用主用户频谱洞对应的信道时，要求协作次用户和协作次用户仍然一直采用b步的步骤，检测该信道的情况；一旦判定在该频点出现主用户信号，要求协作次用户立即退出该信道，选择下一个频点，重复b步的检测；而当该要求协作次用户停止借用信道时，要求协作次用户停止检测，并通过协作公用信道发出停止协作检测的信号，协作次用户接收到该信号，结束协作检测。

2、如权利要求1所述的用于无线通信的次用户协作、周期稳态特征检测主用户频谱洞的方法，其特征在于：所述的参与协作的所有协作次用户在协作公用信道发布和接收信息时，采用随机竞争型协议方式使用协作公用信道。

3、如权利要求2所述的用于无线通信的次用户协作、周期稳态特征检测主用户频谱洞的方法，其特征在于：所述的随机竞争型协议方式为载波监测多址接入协议方式或分片ALOHA接入协议方式。

4、如权利要求1所述的用于无线通信的次用户协作、周期稳态特征检测主用户频谱洞的方法，其特征在于：所述的协作公用信道发布和接收协作信息的格式由4个字段组成：要求协作次用户的身份号+要求协作检测的频点+协作次用户的身份号+协作检测的频点；各字段全部为0，为停止协作检测的信息。

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