CN107147454A - 融合频谱感知方法及融合频谱感知设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种融合频谱感知方法及融合频谱感知设备，属于频谱感知技术领域，其可解决现有的频谱检测时间长、效率低的问题。该融合频谱感知方法包括：S01、令感知次数j为1；S02、获取中心感知结果；S03、接收认知用户的本地感知结果；S04、比较本地感知结果和中心感知结果，得到第j次感知的比较结果；S05、根据比较结果得到认知用户检测概率；S06、根据检测概率得到认知用户的置信水平；S07、根据本地感知结果与置信水平得到融合结果；S08、当融合感知结果满足第一预设条件时，得出目标频谱被占用；当满足第二预设条件时，得出没有被占用；当不满足第一预设条件也不满足第二预设条件时，令j＝j+1，并返回S02。

Description

融合频谱感知方法及融合频谱感知设备

技术领域

本发明属于频谱感知技术领域，具体涉及一种融合频谱感知方法及融合频谱感知设备。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展，频谱资源变得越来越稀缺，然而仍然有较多的频谱资源在多数情况下处于空闲状态，没有得到充分的利用。目前有多种技术和手段都可以提高频谱利用率，其中最有效的是认知无线电技术。认知无线电技术可以智能感知频域中空闲的频谱，自动搜寻未被使用的频谱并在不产生干扰的前提下对其加以利用。

频谱感知是认知无线电的关键技术，频谱感知可以通过单个节点实现，也可以通过多个节点协作实现。其中，单个节点实现频谱感知具有两个方面的限制，首先，单个节点的感知灵敏度有限；其次，单个节点感知只能反映本节点周围的频谱可用情况，而不能反映整个通信范围的频谱可用情况。相比之下，多个节点协作频谱感知可以解决上述两方面的问题，协作频谱感知过程中，融合中心根据一定融合规则对多个节点的感知结果进行融合得到判决结果。

但现有技术中至少存在如下问题：现有协作频谱感知技术中，融合中心在得出判决结果时，只有当所有认知用户(节点)的感知结果与融合中心的感知结果一致时才会得出最终判决结果。由于认知用户在感知过程中可能会出现误差，所以该方法检测时间过长。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种频谱检测时间较短且可信度较高的融合频谱感知方法。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种融合频谱感知方法，包括：

S01、令感知次数j为1；

S02、感知目标频谱使用情况，得到中心感知结果u₀，通知全部认知用户对目标频谱进行感知；

S03、接收认知用户感知目标频谱使用情况的本地感知结果，其中认知用户i的本地感知结果为u_i；

S04、比较所述本地感知结果u_i和所述中心感知结果u₀是否相同，得到并存储第j次感知的比较结果r_i(j)；

S05、根据前j次感知的全部比较结果得到第j次感知时所述认知用户i的检测概率k_i(j)；

S06、根据所述检测概率k_i(j)得到第j次感知时所述认知用户i的置信水平n为参与感知的所述认知用户的数量；

S07、根据所述本地感知结果u_i与所述置信水平η_i(j)得到第j次感知时的融合结果；

S08、评价所述融合结果，当所述融合感知结果满足第一预设条件时，得出判决结果为目标频谱被占用；当所述融合结果满足第二预设条件时，得出判决结果为目标频谱没有被占用；当所述融合结果既不满足第一预设条件也不满足第二预设条件时，令j＝j+1，并返回S02。

优选的，当所述本地感知结果u_i与所述中心感知结果u₀相同时，r_i(j)＝1，当所述本地感知结果u_i与所述中心感知结果u₀不同时，r_i(j)＝0。

进一步优选的，所述第j次感知时认知用户i的检测概率

进一步优选的，当感知到所述目标频谱被占用时，所述中心感知结果u₀＝+1，当感知到所述目标频谱没有被占用时，所述中心感知结果u₀＝-1；

当所述认知用户i感知到所述目标频谱被占用时，所述本地感知结果u_i＝+1，当所述认知用户i感知到所述目标频谱没有被占用时，所述本地感知结果u_i＝-1。

进一步优选的，第j次感知时的所述融合结果

进一步优选的，所述第一预设条件为所述融合结果大于或者等于第一预设值，所述第二预设条件为所述融合结果小于或者等于第二预设值，所述第一预设值大于所述第二预设值。

解决本发明技术问题所采用的另一技术方案是融合频谱感知设备，包括：初始化单元、中心感知单元、接收单元、比较单元、概率检测单元、置信单元、融合单元以及评价单元。

其中，初始化单元，用于令感知次数j为1；

中心感知单元，用于感知目标频谱使用情况，得到中心感知结果u₀，通知全部认知用户对目标频谱进行感知；

接收单元，用于接收认知用户感知目标频谱使用情况的本地感知结果，其中认知用户i的本地感知结果为u_i；

比较单元，用于比较所述本地感知结果u_i和所述中心感知结果u₀是否相同，得到并存储第j次感知比较结果r_i(j)；

概率检测单元，用于根据前j次感知的全部比较结果得到第j次感知时所述认知用户i的检测概率k_i(j)；

置信单元，用于根据所述检测概率k_i(j)得到第j次感知时所述认知用户i的置信水平n为参与感知的所述认知用户的数量；

融合单元，用于根据所述本地感知结果u_i与所述置信水平η_i(j)得到第j次感知时的融合结果；

评价单元，用于评价所述融合结果，当所述融合感知结果满足第一预设条件时，得出判决结果为目标频谱被占用；当所述融合结果满足第二预设条件时，得出判决结果为目标频谱没有被占用；当融合结果既不满足第一预设条件也不满足第二预设条件时，令j＝j+1，并控制所述中心感知单元工作。

优选的，当所述本地感知结果u_i与所述中心感知结果u₀相同时，r_i(j)＝1，当所述本地感知结果u_i与所述中心感知结果u₀不同时，r_i(j)＝0。

进一步优选的，所述第j次感知时认知用户i的检测概率

进一步优选的，当感知到所述目标频谱被占用时，所述中心感知结果u₀＝+1，当感知到所述目标频谱没有被占用时，所述中心感知结果u₀＝-1；

当所述认知用户i感知到所述目标频谱被占用时，所述本地感知结果u_i＝+1，当所述认知用户i感知到所述目标频谱没有被占用时，所述本地感知结果u_i＝-1；

第j次感知时的所述融合结果

所述第一预设条件为所述融合结果大于或者等于第一预设值，所述第二预设条件为所述融合结果小于或者等于第二预设值，所述第一预设值大于所述第二预设值。

本发明的融合频谱感知方法，根据不同认知用户的本地感知结果与融合中心的中心感知结果的比较，对不同各认知用户分配不同的置信水平，根据置信度水平高低进行融合，无需参与感知的所有认知用户的感知结果全部一致，故其缩短了检测时间，且融合结果的可信度较高。

附图说明

图1为实施例1的一种融合频谱感知方法的流程图；

图2为实施例2的一种融合频谱感知方法的流程图；

图3为实施例3的一种融合频谱感知设备的结构框图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

请参照图1，本实施例提供一种融合频谱感知方法，能够将融合中心以及多个认知用户对同一频谱的感知结果进行融合处理，从而得到该频谱的占用情况的最终判决结果。

其中，认知用户为可以对无线频谱的使用状态进行感知的设备(节点)，融合中心可以按照一定融合规则对感知结果进行融合感知，得出判决结果，同时，融合中心也可以对无线频谱的使用状态进行感知。

认知用户和融合中心对频谱进行感知时，可以采用匹配滤波器检测、能量检测、循环平稳特征检测等频谱感知方法。

该融合频谱感知方法具体包括：

S101、令感知次数j为1。

S102、感知目标频谱使用情况，得到中心感知结果u₀，通知全部认知用户对目标频谱进行感知。

S103、接收认知用户感知目标频谱使用情况的本地感知结果，其中认知用户i的本地感知结果为u_i。

S104、比较本地感知结果u_i和中心感知结果u₀是否相同，得到并存储第j次感知的比较结果r_i(j)。

S105、根据前j次感知的全部比较结果得到第j次感知时认知用户i的检测概率k_i(j)。

S106、根据检测概率k_i(j)得到第j次感知时认知用户i的置信水平n为参与感知的认知用户的数量。

S107、根据本地感知结果u_i与置信水平η_i(j)得到第j次感知时的融合结果。

S108、评价融合结果，当融合感知结果满足第一预设条件时，得出判决结果为目标频谱被占用；当融合结果满足第二预设条件时，得出判决结果为目标频谱没有被占用；当融合结果既不满足第一预设条件也不满足第二预设条件时，令j＝j+1，并返回S102。

本实施例公开的融合频谱感知方法，根据不同认知用户的本地感知结果与融合中心的中心感知结果的比较，对不同各认知用户分配不同的置信水平，根据置信度水平高低进行融合，无需参与感知的所有认知用户的感知结果全部一致，故其缩短了检测时间，且融合结果的可信度较高。

实施例2：

请参照图2，本实施例提供一种融合频谱感知方法，能够将融合中心以及多个认知用户对同一频谱的感知结果进行融合处理，从而得到该频谱的占用情况的最终判决结果。

其中，认知用户为可以对无线频谱的使用状态进行感知的设备(节点)，融合中心可以按照一定融合规则对感知结果进行融合，得出判决结果，同时，融合中心也可以对无线频谱的使用状态进行感知。

认知用户和融合中心对频谱进行感知时，可以采用匹配滤波器检测、能量检测、循环平稳特征检测等融合频谱感知方法。

该融合频谱感知方法具体包括：

S201、融合中心令感知次数j为1。

S202、融合中心感知目标频谱使用情况，得到中心感知结果u₀，并通知各认知用户对目标频谱进行感知。

其中，目标频谱指待感知的频谱。中心感知结果为融合中心对目标频谱进行感知后的感知结果，该中心感知结果可以为“目标频谱被占用”、“目标频谱没有被占用”等意思相同或者相近的内容，在此不做具体限定。

优选的，当融合中心感知到目标频谱被占用时，令中心感知结果u₀＝+1，当感知到目标频谱没有被占用时，令中心感知结果u₀＝-1。

需要说明的是，本步骤中，融合中心感知目标频谱使用情况与通知各认知用户对目标频谱进行感知，二者无固定顺序，可以同时进行，也可以先后进行。

S203、各认知用户根据融合中心的命令获得各自的本地感知结果u_i，并发送给融合中心。

每个认知用户分别对目标频谱的使用情况进行感知，并通过无线方式将本地感知结果u_i发送给融合中心。

其中，本地感知结果u_i为认知用户对目标频谱进行感知后的感知结果。i＝1，2，3，…n-1，n，n为参与感知的认知用户的数量。该本地感知结果u_i可以为“目标频谱被占用”、“目标频谱没有被占用”等意思相同或者相近的内容，在此不做具体限定。

优选的，当认知用户i感知到目标频谱被占用时，令u_i＝+1，当认知用户i感知到目标频谱没有被占用时，令u_i＝-1。

S204、融合中心获取认知用户i的本地感知结果u_i。

S205、融合中心比较认知用户i的本地感知结果u_i和中心感知结果u₀是否相同，得到并存储第j次感知的比较结果r_i(j)。

其中，比较本地感知结果u_i和中心感知结果u₀是否相同是指判断本地感知结果u_i和中心感知结果的内容是否相同，或者内容所表达的意思是否相同。

优选的，当本地感知结果u_i与中心感知结果u₀相同时，令r_i(j)＝1，当本地感知结果u_i与中心感知结果u₀不同时，令r_i(j)＝0。

S206、融合中心根据前j次感知的全部比较结果得到第j次感知时认知用户i的检测概率k_i(j)。

综合认知用户i的前j次感知的全部比较结果，从而得到认知用户i在第j次感知时的检测概率k_i(j)。可以理解的是，该检测概率k_i(j)在一定程度上能够用于评估各认知用户的本地感知结果u_i的准确性。感知次数j越大，认知用户i的检测概率k_i(j)越接近其自身的检测概率。而检测概率k_i(j)越接近1，表示认知用户i对目标频谱的感知越准确。

优选的，认知用户i的检测概率k_i(j)通过计算前j次感知的全部比较结果的平均值获得，即

S207、融合中心根据检测概率k_i(j)得到第j次感知时认知用户i的置信水平

综合参与感知的n个认知用户的检测概率，得到认知用户i在本次感知过程中的置信水平显然，认知用户i的检测概率k_i(j)值越大，其在本次感知过程中的置信水平越高。

S208、融合中心根据本地感知结果u_i与置信水平η_i(j)得到第j次感知时的融合结果。

优选的，融合结果

将认知用户i的本地感知结果u_i与其置信水平η_i(j)相乘得到其对目标频谱感知结果的量化值，将参与融合感知的所有认知用户的量化值相加得到融合结果。认知用户的置信水平越高，对融合结果的影响也越大。

S209、融合中心评价融合结果，当融合感知结果满足第一预设条件时，得出判决结果为目标频谱被占用；当融合结果满足第二预设条件时，得出判决结果为目标频谱没有被占用；当融合结果既不满足第一预设条件也不满足第二预设条件时，令j＝j+1，并返回S202。

根据融合结果所满足的不同条件得到不同的判决结果，当融合结果皆不满足两个预设条件时，说明本次融合感知无法得出判决结果，此时，令j＝j+1，并返回S202，重新进行感知。

优选的，第一预设条件为融合结果大于或者等于第一预设值，第二预设条件为融合结果小于或者等于第二预设值，第一预设值大于第二预设值。

进一步优选的，第一预设值可以为0到1中的任意值，相应的，第二预设值可以为-1到0中的任意值，且第一预设值大于第二预设值。第一预设值与第二预设值可以根据实际需求设置，可以理解的是，融合结果越接近1，则说明目标频谱被占用的可能性越大，融合结果越接近-1，则说明目标频谱没有占用的可能性越大，融合结果越接近0，则说明目标频谱可能被占用，也可能没有被占用，且两种情况可能性差不多，故其可信度也就越低。

优选的，当得到判决结果后，各认知用户与融合中心停止对目标频谱的感知。

本实施例公开了一种融合频谱感知方法，根据不同认知用户的本地感知结果与融合中心的中心感知结果的比较，对不同各认知用户分配不同的置信水平，根据置信度水平高低进行融合，减少置信度较低的认知用户的感知结果对判决结果的干扰，从而提高判决结果的可信度。通过本实施例公开的融合频谱感知方法进行频谱感知时，无需参与感知的所有认知用户的感知结果全部一致，缩短了检测时间，且融合结果的可信度较高。

实施例3：

请参照图3，本实施例提供一种融合频谱感知设备，其可设于融合中心，该融合频谱感知设备包括：初始化单元、中心感知单元、接收单元、比较单元、概率检测单元、置信单元、融合单元以及评价单元。

其中，初始化单元用于令感知次数j为1。

中心感知单元用于感知目标频谱使用情况，得到中心感知结果u₀，通知全部认知用户对目标频谱进行感知。

接收单元用于接收认知用户感知目标频谱使用情况的本地感知结果，其中认知用户i的本地感知结果为u_i。

比较单元用于比较本地感知结果u_i和中心感知结果u₀是否相同，得到并存储第j次感知比较结果r_i(j)。

概率检测单元用于根据前j次感知的全部比较结果得到第j次感知时认知用户i的检测概率k_i(j)。

置信单元用于根据检测概率k_i(j)得到第j次感知时认知用户i的置信水平n为参与感知的认知用户的数量。

融合单元用于根据本地感知结果u_i与置信水平η_i(j)得到第j次感知时的融合结果。

评价单元用于评价融合结果，当融合感知结果满足第一预设条件时，得出判决结果为目标频谱被占用；当融合结果满足第二预设条件时，得出判决结果为目标频谱没有被占用；当融合结果既不满足第一预设条件也不满足第二预设条件时，令j＝j+1，并控制中心感知单元工作。

优选的，当本地感知结果u_i与中心感知结果u₀相同时，r_i(j)＝1，当本地感知结果u_i与中心感知结果u₀不同时，r_i(j)＝0。

进一步优选的，第j次感知时认知用户i的检测概率

进一步优选的，当感知到目标频谱被占用时，中心感知结果u₀＝+1，当感知到目标频谱没有被占用时，中心感知结果u₀＝-1。

当认知用户i感知到目标频谱被占用时，本地感知结果u_i＝+1，当认知用户i感知到目标频谱没有被占用时，本地感知结果u_i＝-1。

第j次感知时的融合结果

第一预设条件为融合结果大于或者等于第一预设值，第二预设条件为融合结果小于或者等于第二预设值，且第一预设值大于第二预设值。

本实施例的融合频谱感知设备，可以根据实施例1或2提供的融合频谱感知方法对目标频谱进行频谱感知，详细描述请参照实施例1或2的融合频谱感知方法，在此不再赘述。

本实施例公开的融合频谱感知设备，可以根据实施例1或2提供的融合频谱感知方法对目标频谱进行频谱感知，根据不同认知用户的本地感知结果与其自身的中心感知结果的比较，对不同各认知用户分配不同的置信水平，根据置信度水平高低进行融合，无需参与感知的所有认知用户的感知结果全部一致，故其缩短了检测时间，且融合结果的可信度较高。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种融合频谱感知方法，其特征在于，包括：

S01、令感知次数j为1；

S02、感知目标频谱使用情况，得到中心感知结果u₀，通知全部认知用户对目标频谱进行感知；

S03、接收认知用户感知目标频谱使用情况的本地感知结果，其中认知用户i的本地感知结果为u_i；

S04、比较所述本地感知结果u_i和所述中心感知结果u₀是否相同，得到并存储第j次感知的比较结果r_i(j)；

S05、根据前j次感知的全部比较结果得到第j次感知时所述认知用户i的检测概率k_i(j)；

S06、根据所述检测概率k_i(j)得到第j次感知时所述认知用户i的置信水平n为参与感知的所述认知用户的数量；

S07、根据所述本地感知结果u_i与所述置信水平η_i(j)得到第j次感知时的融合结果；

S08、评价所述融合结果，当所述融合感知结果满足第一预设条件时，得出判决结果为目标频谱被占用；当所述融合结果满足第二预设条件时，得出判决结果为目标频谱没有被占用；当所述融合结果既不满足第一预设条件也不满足第二预设条件时，令j＝j+1，并返回S02。

2.根据权利要求1所述的融合频谱感知方法，其特征在于，

当所述本地感知结果u_i与所述中心感知结果u₀相同时，r_i(j)＝1，当所述本地感知结果u_i与所述中心感知结果u₀不同时，r_i(j)＝0。

3.根据权利要求2所述的融合频谱感知方法，其特征在于，

所述第j次感知时所述认知用户i的检测概率

4.根据权利要求3所述的融合频谱感知方法，其特征在于，

当感知到所述目标频谱被占用时，所述中心感知结果u₀＝+1，当感知到所述目标频谱没有被占用时，所述中心感知结果u₀＝-1；

当所述认知用户i感知到所述目标频谱被占用时，所述本地感知结果u_i＝+1，当所述认知用户i感知到所述目标频谱没有被占用时，所述本地感知结果u_i＝-1。

5.根据权利要求4所述的融合频谱感知方法，其特征在于，

第j次感知时的所述融合结果

6.根据权利要求5所述的融合频谱感知方法，其特征在于，

所述第一预设条件为所述融合结果大于或者等于第一预设值，所述第二预设条件为所述融合结果小于或者等于第二预设值，所述第一预设值大于所述第二预设值。

7.一种融合频谱感知设备，其特征在于，包括：

初始化单元，用于令感知次数j为1；

中心感知单元，用于感知目标频谱使用情况，得到中心感知结果u₀，通知全部认知用户对目标频谱进行感知；

接收单元，用于接收认知用户感知目标频谱使用情况的本地感知结果，其中认知用户i的本地感知结果为u_i；

比较单元，用于比较所述本地感知结果u_i和所述中心感知结果u₀是否相同，得到并存储第j次感知比较结果r_i(j)；

概率检测单元，用于根据前j次感知的全部比较结果得到第j次感知时所述认知用户i的检测概率k_i(j)；

置信单元，用于根据所述检测概率k_i(j)得到第j次感知时所述认知用户i的置信水平n为参与感知的所述认知用户的数量；

融合单元，用于根据所述本地感知结果u_i与所述置信水平η_i(j)得到第j次感知时的融合结果；

评价单元，用于评价所述融合结果，当所述融合感知结果满足第一预设条件时，得出判决结果为目标频谱被占用；当所述融合结果满足第二预设条件时，得出判决结果为目标频谱没有被占用；当所述融合结果既不满足第一预设条件也不满足第二预设条件时，令j＝j+1，并控制所述中心感知单元工作。

8.根据权利要求7所述的融合频谱感知设备，其特征在于，

当所述本地感知结果u_i与所述中心感知结果u₀相同时，r_i(j)＝1，当所述本地感知结果u_i与所述中心感知结果u₀不同时，r_i(j)＝0。

9.根据权利要求8所述的融合频谱感知设备，其特征在于，

所述第j次感知时所述认知用户i的检测概率

10.根据权利要求9所述的融合频谱感知设备，其特征在于，

当感知到所述目标频谱被占用时，所述中心感知结果u₀＝+1，当感知到所述目标频谱没有被占用时，所述中心感知结果u₀＝-1；

当所述认知用户i感知到所述目标频谱被占用时，所述本地感知结果u_i＝+1，当所述认知用户i感知到所述目标频谱没有被占用时，所述本地感知结果u_i＝-1；

第j次感知时的所述融合结果

所述第一预设条件为所述融合结果大于或者等于第一预设值，所述第二预设条件为所述融合结果小于或者等于第二预设值，所述第一预设值大于所述第二预设值。