CN104333425A - 基于信噪比与信任度的联合频谱感知方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种认知无线电领域中基于信噪比与信任度的联合频谱感知方法，包括如下步骤：认知用户进行本地频谱感知和对授权用户信号进行信噪比估计，并将本地感知结果和SNR估计值发送给融合中心；融合中心将归一化SNR估计值作为认知用户信任度，通过信噪比比较确定认知用户参与度，基于归一化SNR估计值和参与度计算融合判决门限；融合中心对参与度为1的认知用户信任度与本地判决结果加权后进行融合判决。本发明的方法通过将认知用户的归一化SNR估计值作为信任度，更直观的反映了本地感知结果的可靠性差异，利用信噪比比较剔除信噪比极差的用户，从而提高了联合频谱感知的性能。

Description

基于信噪比与信任度的联合频谱感知方法

技术领域

本发明属于认知无线电技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于信噪比与信任度的联合频谱感知方法。

背景技术

随着无线通信业务的迅速增长，无线频谱资源的匮乏日趋严重。现有研究表明，目前的频谱资源利用率普遍不高，存在大量的频谱空洞。认知无线电技术通过与外界环境智能交互，采用频率切换与功率控制等方法动态地调整用户的传输频谱，从而有效地利用了频谱空洞，被认为是解决频谱稀缺问题的重要技术手段。

频谱感知是实现无线电认知的前提，认知无线电系统需通过连续的频谱感知发现频谱空洞，在不干扰授权用户的前提下调节其无线传输参数来利用感知到的频谱空洞。目前频谱感知主要分为两类：(1)单用户频谱感知，包括能量感知、匹配滤波感知和循环平稳特性感知等；(2)多用户联合频谱感知，即多个用户同时进行感知并通过协作来得到最终感知结果。单用户频谱感知容易受阴影效应和信道的多径衰落的影响，多用户联合频谱感知以其抗多径衰落和抗阴影效应等优点受到了广泛的关注。

传统的多用户协作频谱感知算法通常假定各认知用户的本地感知结果具有相同的可靠性。但实际上，由于信道衰落、干扰用户以及认知用户移动等因素的影响，各认知用户发送给融合中心的本地感知结果的可靠性不同。通过引入信任度来区分各认知用户本地感知结果的可靠性差异，能够提高联合频谱感知性能。现有的频谱感知方法将认知用户的初始信任度值设为固定理想值1，实时性较差。此外，在认知无线电系统中，认知用户的信噪比差异也将会影响频谱感知的性能，在一定范围内的认知用户检测率会随信噪比的不同而变化。

发明内容

本发明针对现有联合频谱感知方法的不足，提供一种基于信噪比与信任度的协作频谱感知方法。本发明以认知用户的归一化信噪比作为信任度，并结合认知用户的参与度与本地判决结果加权后进行融合判决，能够有效提高频谱感知的可靠性。

本发明方法的步骤是：

步骤一、各认知用户独立地进行频谱感知获得本地感知结果d_i，并对所接收到的授权用户信号的信噪比进行估计，获得SNR估计值，其中下标i为第i个认知用户；

步骤二、各认知用户将所述本地感知结果d_i和SNR估计值发送给融合中心；

步骤三、融合中心选取所接收到的SNR估计值的最大值S_max作为参考值，设定阈值并将S_max与所有认知用户的SNR估计值分别相减得到差值：

若差值不大于阈值Ts，则该认知用户的参与度J_i为1，参与融合判决，否则其参与度J_i为0，不参与融合判决，其中为融合中心所接收到的各认知用户SNR估计值的均值；

步骤四、融合中心将接收的SNR估计值归一化到[0.5,1]区间，作为各认知用户的初始信任度a_i；

步骤五、融合中心计算融合判决门限其中N为认知用户数；

步骤六、融合中心将参与度J_i为1的认知用户的信任度与本地判决结果加权后进行融合判决：

若则总判决结果D为1，有授权用户存在，否则总判决结果D为0，无授权用户存在。

本发明通过将认知用户SNR估计值合理归一化后得到各认知用户的初始信任度，认知用户的信任度更直观的反映了本地感知结果的可靠性差异，利用认知用户SNR估计值比较剔除信噪比极差的用户，从而提高了联合频谱感知的检测率。

附图说明

图1为联合频谱感知的系统模型图

图2为发明方法的流程图

图3为发明方法与传统K秩联合频谱感知方法的检测率比较图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。

如图1，在本认知无线电系统中有N个认知用户参与合作频谱感知，各认知用户都具有信噪比估计功能，它们对目标频段内授权用户发射的信号进行感知，将各自的本地感知结果发送到融合中心，结合图2给出整个认知无线电系统的感知过程如下：

(1).N个认知用户各自独立的进行单用户频谱感知，在感知过程中将接收到授权用户的信号，认知用户对接收到的授权用户信号采用基于子空间分解的方法进行信噪比估计，得到信噪比估计值并将所得到的SNR估计值发送给融合中心，其中λ_i为信号进行奇异值分解后得到的奇异值序列，为信号子空间维数估计值，为含躁信号空间维数估计值，为噪声各次谐波的平均功率，；

(2).认知用户接收到一段观测空间(采样数为M)的信号后，通过平方、累加后形成检测统计量y，然后将检测统计量y与门限值r进行比较，从而检测出授权用户信号是否存在，给出本地判决结果d_i，d_i＝1表示授权用户存在，d_i＝0表示授权用户不存在，其中下标i为第i个认知用户；

(3).融合中心将所有接收到N个认知用户的SNR估计值S＝{S₁,S₂,...,S_N}进行比较，选取最大值S_max的作为参考，与所有认知用户的SNR估计值分别相减，看差值是否大于阈值若其差值不大于阈值T_s，则该认知用户的参与度J_i＝1，参与融合判决，否则参与度J_i＝0，不参与融合判决；其中为融合中心所接收到的各认知用户SNR估计值的均值；

(4).融合中心将所有认知用户的SNR估计值归一化到区间[0.5,1]上作为该认知用户的信任度a_i；

(5).融合中心根据各认知用户的信任度和参与度设置融合判决门限

(6).融合中心将参与度为1的认知用户的本地判决结果d_i以信任度a_i加权后根据下式进行融合判决，得到总判决结果D：

若则D＝1；否则D＝0

选取10个认知用户参与联合频谱感知、虚警概率设置为0.001，各认知用户所接收授权用户信号的信噪比在-8dB到-17dB范围以-1dB间隔减少，检测次数100次。本发明方法与传统K秩联合频谱感知方法检测性能比较结果如图3所示。从图中可以看出，在虚警概率要求严格的条件下，本发明方法比传统K秩联合频谱感知方法的检测率提高近48％。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明。但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种基于信噪比与信任度的联合频谱感知方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、各认知用户独立地进行频谱感知获得本地感知结果d_i，并对所接收到的授权用户信号的信噪比进行估计，获得SNR估计值，其中下标i为第i个认知用户；

步骤二、各认知用户将所述本地感知结果d_i和SNR估计值发送给融合中心；

步骤三、融合中心设定阈值Ts，选取所接收到的各认知用户SNR估计值的最大值S_max作为参考值，并将S_max与所有认知用户的SNR估计值分别相减得到差值：若差值不大于阈值Ts，则该认知用户的参与度J_i为1，参与融合判决，否则其参与度J_i为0，不参与融合判决；

步骤四、融合中心将接收的SNR估计值归一化到[0.5,1]区间，作为各认知用户的初始信任度a_i；

步骤五、融合中心计算融合判决门限其中N为认知用户数；

步骤六、融合中心将参与度J_i为1的认知用户的信任度与本地判决结果加权后进行融合判决：若则总判决结果D为1，有授权用户存在，否则总判决结果D为0，无授权用户存在。

2.如权利要求1所述的基于信噪比与信任度的联合频谱感知方法，其特征在于所述步骤三的阈值其中为融合中心所接收到的各认知用户SNR估计值的均值。