CN103888201B - 一种利用空间分集的协作频谱感知方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用空间分集的协作频谱感知方法，其过程为：首先，参与协作频谱感知的感知节点计算接收到的信号的功率值；接着，参与协作频谱感知的感知节点将接收到的信号的功率值发送到融合中心；然后，融合中心根据参与协作频谱感知的感知节点接收到的信号的功率值计算检验统计量值；最后，融合中心通过比较检验统计量值与判决门限的大小，判定感知节点接收到的信号中是否存在授权用户信号，实现频谱感知；优点是本发明方法不需要知道噪声功率值，且其性能接近噪声功率值已知情况下基于软联合的能量检测法的性能。

Description

一种利用空间分集的协作频谱感知方法

技术领域

本发明涉及一种认知无线电系统中的频谱感知技术，尤其是涉及一种利用空间分集的协作频谱感知方法。

背景技术

提高无线频谱资源利用率是无线通信的重要研究方向之一。认知无线电系统通过充分利用处于空闲状态的授权频段，大大提高了无线频谱资源利用率。为了避免对授权用户产生过大的干扰，认知无线电系统需要对授权频段进行频谱感知。

协作频谱感知能够解决隐终端的问题。基于软联合的能量检测法是一种常见的协作频谱感知方法。如果没有授权用户信号的信息，而噪声功率值已知，那么基于软联合的能量检测法具有最优的性能。然而，在实际中，只能得到噪声功率值的一个范围，即存在噪声不确定性。噪声不确定性会使基于软联合的能量检测法的性能急剧下降。为了解决噪声不确定性的问题，人们提出了一些不需要知道噪声功率值的协作频谱感知方法。然而，这些不需要知道噪声功率值的协作频谱感知方法的性能都远远低于噪声功率值已知情况下基于软联合的能量检测法的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用空间分集的协作频谱感知方法，其在噪声功率值未知的情况下能够获得很好的性能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种利用空间分集的协作频谱感知方法，其特征在于包括以下步骤：

①在认知无线电系统中，假设共有K个感知节点参与协作频谱感知，并假设每个参与协作频谱感知的感知节点接收到的信号由N个采样值构成，将第k个参与协作频谱感知的感知节点接收到的信号中的第n个采样值记为x_k(n)，其中，K为大于或等于2的整数，N为大于或等于10的整数，1≤k≤K，1≤n≤N；

②每个参与协作频谱感知的感知节点利用自身接收到的信号中的N个采样值计算信号的功率值，将第k个参与协作频谱感知的感知节点接收到的信号的功率值记为 其中，符号“||”为取绝对值符号；

③每个参与协作频谱感知的感知节点将自身接收到的信号的功率值发送到融合中心；

④融合中心根据所有参与协作频谱感知的感知节点接收到的信号的功率值，计算检验统计量值，记为 $T,T=\frac{N\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\left({\mathrm{\σ}}_k^2\right)}^2-\frac{N}{K}{\left(\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_k^2\right)}^2}{{\left(\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_k^2\right)}^2};$

⑤融合中心比较检验统计量值T与判决门限λ的大小，如果T>λ，则判定每个参与协作频谱感知的感知节点接收到的信号中存在授权用户信号；如果T≤λ，则判定每个参与协作频谱感知的感知节点接收到的信号中不存在授权用户信号，其中，λ的值是自由度为K-1的卡方分布的上百分位P_f点，P_f表示虚警概率，0≤P_f≤1。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）每个参与协作频谱感知的感知节点只需要将自身接收到的信号的功率值发送到融合中心，这有效地降低了认知无线电系统的数据传输开销。

2）在计算检验统计量值时不需要知道噪声功率值，这使得本发明方法不受噪声不确定性的影响。

3）在计算检验统计量值时利用了感知节点的空间分集特性，即利用了不同感知节点接收到的信号的功率值不完全相等的特性，这使得本发明方法的性能接近噪声功率值已知情况下基于软联合的能量检测法的性能。

附图说明

图1为本发明方法的流程框图；

图2为当平均信噪比从-20dB到0dB变化时，本发明方法和噪声功率值已知情况下基于软联合的能量检测法的检测概率的比较示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明提出的一种利用空间分集的协作频谱感知方法，其流程框图如图1所示，其处理过程为：首先，参与协作频谱感知的感知节点计算接收到的信号的功率值；接着，参与协作频谱感知的感知节点将接收到的信号的功率值发送到融合中心；然后，融合中心根据参与协作频谱感知的感知节点接收到的信号的功率值计算检验统计量值；最后，融合中心通过比较检验统计量值与判决门限的大小，判定感知节点接收到的信号中是否存在授权用户信号，实现频谱感知。本发明方法具体包括以下步骤：

①在认知无线电系统中，假设共有K个感知节点参与协作频谱感知，并假设每个参与协作频谱感知的感知节点接收到的信号由N个采样值构成，将第k个参与协作频谱感知的感知节点接收到的信号中的第n个采样值记为x_k(n)，其中，K为大于或等于2的整数，如取K=16，N为大于或等于10的整数，如取N=100，1≤k≤K，1≤n≤N。

②每个参与协作频谱感知的感知节点利用自身接收到的信号中的N个采样值计算信号的功率值，将第k个参与协作频谱感知的感知节点接收到的信号的功率值记为 其中，符号“||”为取绝对值符号。

③每个参与协作频谱感知的感知节点将自身接收到的信号的功率值发送到融合中心。

④融合中心根据所有参与协作频谱感知的感知节点接收到的信号的功率值，计算检验统计量值，记为 $T,T=\frac{N\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\left({\mathrm{\σ}}_k^2\right)}^2-\frac{N}{K}{\left(\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_k^2\right)}^2}{{\left(\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_k^2\right)}^2};$

⑤融合中心比较检验统计量值T与判决门限λ的大小，如果T>λ，则判定每个参与协作频谱感知的感知节点接收到的信号中存在授权用户信号；如果T≤λ，则判定每个参与协作频谱感知的感知节点接收到的信号中不存在授权用户信号，其中，λ的值是自由度为K-1的卡方分布的上百分位P_f点，P_f表示虚警概率，0≤P_f≤1。

通过以下仿真以进一步说明本发明方法的可行性和有效性。

假设授权用户到感知节点之间的信道增益相互独立，且服从均值为0、方差为9dB的Lognormal分布，假设共有K=16个感知节点参与协作频谱感知，并假设每个参与协作频谱感知的感知节点接收到的信号由N=100个采样值构成，虚警概率为P_f=0.01。当平均信噪比从-20dB到0dB变化时，本发明方法和噪声功率值已知情况下基于软联合的能量检测法的检测概率如图2所示，从图2中可以看出，本发明方法的性能接近基于软联合的能量检测法的性能。

Claims (1)

1.一种利用空间分集的协作频谱感知方法，其特征在于包括以下步骤：

①在认知无线电系统中，假设共有K个感知节点参与协作频谱感知，并假设每个参与协作频谱感知的感知节点接收到的信号由N个采样值构成，将第k个参与协作频谱感知的感知节点接收到的信号中的第n个采样值记为x_k(n)，其中，K为大于或等于2的整数，N为大于或等于10的整数，1≤k≤K，1≤n≤N；

②每个参与协作频谱感知的感知节点利用自身接收到的信号中的N个采样值计算信号的功率值，将第k个参与协作频谱感知的感知节点接收到的信号的功率值记为 其中，符号“||”为取绝对值符号；

③每个参与协作频谱感知的感知节点将自身接收到的信号的功率值发送到融合中心；

④融合中心根据所有参与协作频谱感知的感知节点接收到的信号的功率值，计算检验统计量值，记为 $T,T=\frac{N\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\left({\mathrm{\σ}}_k^2\right)}^2-\frac{N}{K}{\left(\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_k^2\right)}^2}{{\left(\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_k^2\right)}^2};$

⑤融合中心比较检验统计量值T与判决门限λ的大小，如果T>λ，则判定每个参与协作频谱感知的感知节点接收到的信号中存在授权用户信号；如果T≤λ，则判定每个参与协作频谱感知的感知节点接收到的信号中不存在授权用户信号，其中，λ的值是自由度为K-1的卡方分布的上百分位P_f点，P_f表示虚警概率，0≤P_f≤1。