CN111263413A - 一种cr-vanet系统的频谱切换方法、装置及电子设备 - Google Patents

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CN111263413A CN202010044265.7A CN202010044265A CN111263413A CN 111263413 A CN111263413 A CN 111263413A CN 202010044265 A CN202010044265 A CN 202010044265A CN 111263413 A CN111263413 A CN 111263413A
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Abstract

本发明实施例提供了一种CR‑VANET系统的频谱切换方法、装置及电子设备，该方法可以包括：发射对预设区域内的目标探测对象进行探测的雷达探测信号，预设区域为该非授权用户的车辆发射的雷达探测信号的最大覆盖区域，目标探测对象包括授权用户的车辆和其他非授权用户的车辆，上述车辆具有车载通信设备；接收来自该预设区域的反射信号；基于所接收的反射信号，确定针对该目标探测对象的探测结果；如果该探测结果为预设区域内不存在目标探测对象，通过授权用户的频段建立该非授权用户的具有车载通信设备的车辆的通信链路。采用本发明实施例提供的技术方案，可以实现CR‑VANET系统的频谱切换。

Description

一种CR-VANET系统的频谱切换方法、装置及电子设备
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种CR(认知无线电，CognitiveRadio)-VANET(车载随意移动网络，Vehicular ad-hoc network)系统的频谱切换方法、装置及电子设备。
背景技术
随着无线通信技术的高速发展，无线通信业务飞速增长，使得对频谱资源的需求也越来越多，由于频谱资源的利用率比较低，导致频谱资源稀缺的问题越来越严峻。
目前，在认知无线电网络中，存在两种用户：一种为主用户，即授权用户；另一种为次用户，即非授权用户，主要通过频谱复用的方式提高频谱的利用率，进而缓解频谱资源紧张的问题，具体的技术思路为：次用户利用频谱感知方法对主用户进行周期性频谱感知，如果没有感知到主用户，次用户可以使用主用户的频段进行通信，在通信过程中如果检测到主用户存在，此用户应在一定时间内结束通信，释放该频段；如果感知到主用户，次用户不能接入主用户的频段以免对主用户造成干扰。
现有的频谱感知方法主要包括能量检测法、匹配滤波器感知法和基于循环平稳特性的频谱感知法，能量检测法是通过将接收机接收到的信号的信号能量值和信号能量阈值进行比较来确定通信信号是否存在，进而确定主用户是否存在；匹配滤波器感知法是通过将接收机接收到的信号的带宽、调制类型以及脉冲类型与预先存储的已知通信信号的带宽、调制类型以及脉冲类型进行比较，来确定通信信号是否存在，进而确定主用户是否存在；基于循环平稳特性的频谱感知法是将接收机接收到的信号的周期频率和符号频率，分别与通信信号的周期频率和符号频率进行比较，来确定接收到的信号是否为通信信号，进而确定主用户是否存在。
但是，现有的能量检测法所采用的信号能量阈值取决于噪声的大小，检测结果受噪声影响较大，在低信噪比条件下或噪声不稳定的条件下性能大大降低，所以不适用于VANET系统中；匹配滤波器感知法需要对被检测的通信信号的带宽、调制类型、脉冲类型等方面有很好的了解，只能在合作环境中使用，也不适合用于移动性很强的VANET系统中；基于循环平稳特性的频谱感知法中需要预先得知被检测信号的周期频率和符号频率等参数，通用性不强，而且计算量也较大，也不能满足VANET系统关于实时性的使用要求。因此，现有技术还难以实现CR-VANET系统的频谱切换。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种CR-VANET系统的频谱切换方法、装置及电子设备，以实现CR-VANET系统的频谱切换。具体技术方案如下：
本发明实施例提供了一种CR-VANET系统的频谱切换方法，应用于非授权用户的具有车载通信设备的车辆，包括：
发射对预设区域内的目标探测对象进行探测的雷达探测信号，所述预设区域为所述非授权用户的车辆发射的所述雷达探测信号的最大覆盖区域，所述目标探测对象包括授权用户的车辆和其他非授权用户的车辆，所述车辆具有车载通信设备；
接收来自所述预设区域的反射信号；
基于所接收的反射信号，确定针对所述目标探测对象的探测结果；
如果所述探测结果为预设区域内不存在所述目标探测对象，通过授权用户的频段建立所述非授权用户的具有车载通信设备的车辆的通信链路。
进一步的，所述发射对预设区域内的目标探测对象进行探测的雷达探测信号，包括：
针对每一时帧，在从该时帧的初始时间点起经过第一预设检测时长的时间段内，发射对预设区域内的目标探测对象进行探测的雷达探测信号；
所述如果所述探测结果为预设区域内不存在所述目标探测对象，通过授权用户的频段建立所述非授权用户的具有车载通信设备的车辆的通信链路，包括：
如果所述探测结果为预设区域内不存在所述目标探测对象，从该时帧的初始时间点起经过所述第一预设检测时长后，通过授权用户的频段建立所述非授权用户的具有车载通信设备的车辆的通信链路。
进一步的，采用如下步骤计算所述第一预设检测时长：
基于所述目标探测对象的类型，确定通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值，所述通信链路为所述非授权用户的具有车载通信设备的车辆建立的通信链路；
从所述通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值中，筛选出所述吞吐量取最大值时所述检测时长的值，作为所述第一预设检测时长的值。
进一步的，所述基于所述目标探测对象的类型，确定通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值，包括：
基于所述目标探测对象的类型，确定检测概率关于检测时长以及检测门限的关系函数，所述检测概率表示如果所述预设区域内存在所述目标探测对象时，探测结果为所述预设区域内存在所述目标探测对象的概率；
根据所述关系函数、预设检测概率阈值以及各第二预设检测时长，确定所述检测门限在各所述第二预设检测时长下的值；
基于所确定的检测门限在各所述第二预设检测时长下的值，采用二分法，计算出检测门限在各检测时长下的值；
根据所确定的检测门限在各检测时长下的值，确定虚警概率在各检测时长下的值，所述虚警概率表示如果所述预设区域内不存在所述目标探测对象时，探测结果为所述预设区域内存在所述目标探测对象的概率；
基于所确定的虚警概率在各检测时长下的值，确定通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值。
进一步的，所确定的检测概率关于检测时长以及检测门限的关系函数采用如下公式表示：
Figure BDA0002368815360000031
其中：所述Pd表示所述检测概率，所述Qm(x，y)为Marcum Q函数，所述In-1(x)为n-1阶修正的第一类贝塞尔函数，所述γ表示雷达信噪比，所述τ表示所述检测时长，所述β表示检测门限，所述fs表示雷达脉冲频率；
采用如下公式计算虚警概率在各检测时长下的值：
Figure BDA0002368815360000041
其中，所述Pf表示所述虚警概率，所述
Figure BDA0002368815360000042
进一步的，采用如下公式计算所述通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值：
Figure BDA0002368815360000043
R0＝log2(1+γc0)
其中，所述c0(τ)表示所述吞吐量，所述τ表示所述检测时长，所述Tt表示所述时帧的时长，所述Pf(τ)表示所述虚警概率在各检测时长下的值，所述
Figure BDA0002368815360000044
表示所述预设区域内不存在所述目标探测对象时的先验概率，所述γc0表示所述预设区域内不存在所述目标探测对象时的通信信噪比。
本发明实施例还提供了一种CR-VANET系统的频谱切换装置，应用于非授权用户的具有车载通信设备的车辆，包括：
发射模块，用于发射对预设区域内的目标探测对象进行探测的雷达探测信号，所述预设区域为所述非授权用户的车辆发射的所述雷达探测信号的最大覆盖区域，所述目标探测对象包括授权用户的车辆和其他非授权用户的车辆，所述车辆具有车载通信设备；
接收模块，用于接收来自所述预设区域的反射信号；
第一确定模块，用于基于所接收的反射信号，确定针对所述目标探测对象的探测结果；
建立模块，用于如果所述探测结果为预设区域内不存在所述目标探测对象，通过授权用户的频段建立所述非授权用户的具有车载通信设备的车辆的通信链路。
进一步的，所述发射模块，具体用于针对每一时帧，在从该时帧的初始时间点起经过第一预设检测时长的时间段内，发射对预设区域内的目标探测对象进行探测的雷达探测信号；
所述建立模块，具体用于如果所述探测结果为预设区域内不存在所述目标探测对象，从该时帧的初始时间点起经过所述第一预设检测时长后，通过授权用户的频段建立所述非授权用户的具有车载通信设备的车辆的通信链路。
进一步的，所述装置还包括：
第二确定模块，用于基于所述目标探测对象的类型，确定通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值，所述通信链路为所述非授权用户的具有车载通信设备的车辆建立的通信链路；
筛选模块，用于从所述通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值中，筛选出所述吞吐量取最大值时所述检测时长的值，作为所述第一预设检测时长的值。
进一步的，所述筛选模块，包括：
第一确定子模块，用于基于所述目标探测对象的类型，确定检测概率关于检测时长以及检测门限的关系函数，所述检测概率表示如果所述预设区域内存在所述目标探测对象时，探测结果为所述预设区域内存在所述目标探测对象的概率；
第二确定子模块，用于根据所述关系函数、预设检测概率阈值以及各第二预设检测时长，确定所述检测门限在各所述第二预设检测时长下的值；
第三确定子模块，用于基于所确定的检测门限在各所述第二预设检测时长下的值，采用二分法，计算出检测门限在各检测时长下的值；
第四确定子模块，用于根据所确定的检测门限在各检测时长下的值，确定虚警概率在各检测时长下的值，所述虚警概率表示如果所述预设区域内不存在所述目标探测对象时，探测结果为所述预设区域内存在所述目标探测对象的概率；
第五确定子模块，用于基于所确定的虚警概率在各检测时长下的值，确定通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值。
进一步的，所确定的检测概率关于检测时长以及检测门限的关系函数采用如下公式表示：
Figure BDA0002368815360000061
其中：所述Pd表示所述检测概率，所述Qm(x，y)为Marcum Q函数，所述In-1(x)为n-1阶修正的第一类贝塞尔函数，所述γ表示雷达信噪比，所述τ表示所述检测时长，所述β表示检测门限，所述fs表示雷达脉冲频率；
采用如下公式计算虚警概率在各检测时长下的值：
Figure BDA0002368815360000062
其中，所述Pf表示所述虚警概率，所述
Figure BDA0002368815360000063
进一步的，采用如下公式计算所述通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值：
Figure BDA0002368815360000064
R0＝log2(1+γc0)
其中，所述c0(τ)表示所述吞吐量，所述τ表示所述检测时长，所述Tt表示所述时帧的时长，所述Pf(τ)表示所述虚警概率在各检测时长下的值，所述
Figure BDA0002368815360000065
表示所述预设区域内不存在所述目标探测对象时的先验概率，所述γcO表示所述预设区域内不存在所述目标探测对象时的通信信噪比。
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述任一所述的频谱切换方法的步骤。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一所述的频谱切换方法步骤。
本发明实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述任一所述的频谱切换方法。
本发明实施例有益效果：
本发明实施例提供的一种CR-VANET系统的频谱切换方法、装置及电子设备，可以发射对预设区域内的目标探测对象进行探测的雷达探测信号，接收来自该预设区域的反射信号；基于所接收的反射信号，确定针对该目标探测对象的探测结果；如果该探测结果为预设区域内不存在目标探测对象，通过授权用户的频段建立该非授权用户的具有车载通信设备的车辆的通信链路。采用本发明实施例提供的技术方案，可以实现CR-VANET系统的频谱切换。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种频谱切换方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的另一种频谱切换方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的一种CR-VANET系统的分布示意图；
图4为本发明实施例提供的该非授权用户的车辆在不同的时帧的示意图；
图5为本发明实施例提供的一种连续时帧的示意图；
图6为本发明实施例提供的一种时帧的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种计算第一预设检测时长过程的流程图；
图8为本发明实施例提供的另一种计算第一预设检测时长过程的流程图；
图9为本发明实施例提供的一种吞吐量与检测时长的关系示意图；
图10为本发明实施例提供的一种频谱切换装置的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种CR-VANET系统的频谱切换方法，应用于非授权用户的具有车载通信设备的车辆，如图1所示，具体可以包括如下步骤：
步骤101，发射对预设区域内的目标探测对象进行探测的雷达探测信号，预设区域为该非授权用户的车辆发射的雷达探测信号的最大覆盖区域，目标探测对象包括授权用户的车辆和其他非授权用户的车辆，上述的车辆具有车载通信设备。
步骤102，接收来自该预设区域的反射信号。
步骤103，基于所接收的反射信号，确定针对该目标探测对象的探测结果。
步骤104，如果上述探测结果为预设区域内不存在该目标探测对象，通过授权用户的频段建立该非授权用户的具有车载通信设备的车辆的通信链路。
采用本发明实施例提供的上述频谱切换方法，可以通过雷达检测该非授权用户的具有车载通信设备的车辆的周围是否有其他车辆，如果有，则该非授权用户的具有车载通信设备的车辆不通过授权用户的频段建立通信链路，如果没有，则该非授权用户的具有车载通信设备的车辆通过授权用户的频段建立通信链路；由于噪音对雷达检测的影响不大，并且，使用雷达检测也不需要预先了解目标探测对象所使用的通信信号的信息，基于此，该技术方案，可以实现CR-VANET系统的频谱切换。
本发明实施例还提供了一种CR-VANET系统的频谱切换方法，应用于非授权用户的具有车载通信设备的车辆，如图2所示，具体可以包括如下步骤：
步骤201，针对每一时帧，在从该时帧的初始时间点起经过第一预设检测时长的时间段内，发射对预设区域内的目标探测对象进行探测的雷达探测信号。
本步骤中，预设区域为该非授权用户的车辆发射的雷达探测信号的最大覆盖区域，雷达探测信号的最大覆盖区域为半径为预设距离的圆形区域，预设距离为雷达探测信号能够探测的最远距离，目标探测对象包括授权用户的车辆和其他非授权用户的车辆，上述车辆具有车载通信设备。
步骤202，接收来自该预设区域的反射信号。
步骤203，基于所接收的反射信号，确定针对目标探测对象的探测结果。
本步骤中，基于所接收的反射信号，通过现有技术即可确定针对目标探测对象的探测结果；例如：
对于探测过程中接收到的反射信号，有以下两个假设：
HO，授权用户的车辆和其他非授权用户的车辆位于预设区域外；
H1，授权用户的车辆和其他非授权用户的车辆位于预设区域内；
在H0假设下，该非授权用户的车辆可以接收到噪声信号，因此，接收到的反射信号为：
yr(n)＝Wr(n)；
其中，yr(n)表示接收到的反射信号，Wr(n)表示接收到的加性高斯白噪声信号(AWGN)，均值为零，方差为E[|Wr(n)|2]＝Wr 2。
在H1假设下，该非授权用户的车辆可以接收到授权用户的车辆和其他非授权用户的车辆反射的信号和噪声信号，接收到的反射信号为：
yr(n)＝hrs(n)+Wr(n)；
其中，hr表示雷达信道，由M个直射信号和多径多普勒杂波组成，可以表示为：
Figure BDA0002368815360000101
其中，(φi，θi)分别表示到达角(AoA)和发射角(AoD)，A(φi，θi)表示天线增益，ki表示小尺度信道增益，Gi表示大尺度信道增益，vi表示多普勒频移，ti表示往返时延，可以以直射信号作为目标信号，并假设小尺度信道增益在每一帧的时间内是不变的，大尺度信道增益遵循自由空间路径损失(PL)模型，指数为2，即
Figure BDA0002368815360000102
λ表示波长，σi表示雷达截面积(RCS)，di表示第i个目标的距离。
可以根据雷达所要探测的目标探测对象的类型分成以下几种情况，s0(n)表示目标探测对象的类型i的反射信号，γ表示雷达信噪比，即雷达信号的信噪比，
Figure BDA0002368815360000103
表示N个雷达信号的平均信噪比。
Swerling0：yr(n)＝hrs0(n)+Wr(n)；
Swerling0的场景为：目标探测对象为非波动，目标探测对象对应的雷达截面积(RCS)为常数。
Swerling2：yr(n)＝hrs2(n)+Wr(n)；
Swerling2的场景为：目标探测对象对应的雷达截面积(RCS)的概率密度函数(PDF)服从指数分布；此时，目标探测对象反射的信号的信噪比服从指数分布，即雷达回波信号信噪比服从指数分布，可以表示为
Figure BDA0002368815360000104
Swerling4：yr(n)＝hrs4(n)+Wr(n)；
Swerling4的场景为：目标探测对象对应的雷达截面积(RCS)的概率密度函数(PDF)服从卡方分布，此时，目标探测对象反射的信号的信噪比服从卡方分布，可以表示为
Figure BDA0002368815360000111
基于此，可以根据所接收到的反射信号，确定针对目标探测对象的探测结果。
步骤204，判断该探测结果为预设区域内是否存在目标探测对象。
本步骤中，如果探测结果为预设区域内不存在目标探测对象，则进入步骤205；如果探测结果为预设区域内存在目标探测对象，则进入步骤206。
步骤205，从该时帧的初始时间点起经过第一预设检测时长后，通过授权用户的频段建立该非授权用户的具有车载通信设备的车辆的通信链路。
也就是说，探测结果为预设区域内不存在目标探测对象，从该时帧的初始时间点起经过第一预设检测时长后，通过授权用户的频段建立该非授权用户的具有车载通信设备的车辆的通信链路。
步骤206，从该时帧的初始时间点起经过第一预设检测时长后，不通过授权用户的频段建立该非授权用户的具有车载通信设备的车辆的通信链路。
也就是说，探测结果为预设区域内存在目标探测对象，从该时帧的初始时间点起经过第一预设检测时长后，该非授权用户的具有车载通信设备的车辆不建立通信链路，或者说，不通过授权用户的频段建立该非授权用户的具有车载通信设备的车辆的通信链路。
示例性的，如图3所示，图3中的·表示授权用户的车辆正在通信，即主用户设备忙(Busy primary device)，Δ表示非授权用户的车辆未通信，即次用户设备闲(Idlesecondary device)，
Figure BDA0002368815360000112
表示非授权用户的车辆正在通信，即次用户设备忙(Busysecondary device)；
Figure BDA0002368815360000113
表示非授权用户的车辆的发射的雷达探测信号的最大覆盖区域，即次用户设备的雷达感应区(Radar sensing zone of sencondary device)；当非授权用户的车辆的发射的雷达探测信号的最大覆盖区域没有检测到其他车辆时，该非授权用户的车辆通过授权用户的频段建立该非授权用户的具有车载通信设备的车辆的通信链路；当非授权用户的车辆的发射的雷达探测信号的最大覆盖区域检测到其他车辆时，该非授权用户的车辆未建立通信链路。如图4所示，针对该非授权用户的车辆，该非授权用户的车辆在第一个时帧内的第一预设检测时长内，检测到了其他车辆，该非授权用户的车辆在该时帧内不建立通信链路，该非授权用户的车辆在第二个时帧内的第一预设检测时长内，没有检测到其他车辆，该非授权用户的车辆在该时帧内通过授权用户的频段建立通信链路；其中，如图5-6所示，对于每一个时帧，该时帧的时长等于第一预设检测时长与通信时长的和，在从该时帧的初始时间点起经过第一预设检测时长的时间段，为该非授权用户的车辆进行雷达检测的时间段，记为
Figure BDA0002368815360000121
从该时帧的初始时间点起经过第一预设检测时长后的时间段，为该非授权用户的车辆的进行数据传输的时间段，记为
Figure BDA0002368815360000122
其中，Tt表示该时帧的时长。
在一种实施方式中，如图7所示，上述的第一预设检测时长可以采用如下步骤计算：
步骤701，基于目标探测对象的类型，确定通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值。
本步骤中，通信链路为该非授权用户的具有车载通信设备的车辆建立的通信链路。
步骤702，从通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值中，筛选出吞吐量取最大值时检测时长的值。
本步骤中，可以将计算得到的检测时长的值，作为上述第一预设检测时长的值。
在另一种实施方式中，如图8所示，上述的第一预设检测时长可以采用如下步骤计算：
步骤801，基于目标探测对象的类型，确定检测概率关于检测时长以及检测门限的关系函数。
本步骤中，检测概率表示如果预设区域内存在目标探测对象时，探测结果为预设区域内存在目标探测对象的概率。
相应的，针对每一时帧，在从该时帧的初始时间点起经过第一预设检测时长的时间段内，如果该非授权用户的车辆没有检测到授权用户的车辆和其他非授权用户的车辆，则该非授权用户的车辆在从该时帧的初始时间点起经过第一预设检测时长后，使用授权用户的频段建立通信链路。
对于通信信号模型，该非授权用户的车辆的接收机可以接收主信号和其他发射机发射的干扰信号。通信过程中接收到的信号可以表示为：
Figure BDA0002368815360000131
其中，
Figure BDA0002368815360000132
表示其他发射机发射的干扰信号，wc(n)表示噪音信号，wc(n)是服从独立同分布(i.i.d)的高斯随机过程，它的均值为零，方差为E[|wc(n)|2]＝wc 2，x(n)服从独立同分布(i.i.d)的高斯随机过程，均值为0，方差为E[|x(n)|2]＝σx 2；该非授权用户的车辆的接收机可以接收主信号和其他发射机发射的干扰信号与噪音信号是相互独立的。
通信信道为具有PL和瑞利衰落的平坦衰落信道，表示为：
Figure BDA0002368815360000133
其中，g表示指数分布的功率系数，均值为0，α表示PL指数，d表示传播距离。对于第j个用户，通信信噪比(SINR)为：
Figure BDA0002368815360000134
在H1假设下，该非授权用户的车辆在Swerling0场景下的检测概率可以表示为：
Figure BDA0002368815360000135
其中：Pd(τ)表示检测概率，Qm(x，y)为Marcum Q函数，雷达脉冲数
Figure BDA0002368815360000136
Figure BDA0002368815360000137
且N>1,
Figure BDA0002368815360000138
表示向下取整，In-1(x)为n-1阶修正的第一类贝塞尔函数，γ表示雷达信噪比，τ表示检测时长，β表示检测门限，fs表示雷达脉冲频率。
该非授权用户的车辆在Swerling2场景下的检测概率可以表示为：
Figure BDA0002368815360000141
其中：
Figure BDA0002368815360000142
为不完整伽马函数。
该非授权用户的车辆在Swerling2场景下的检测概率可以表示为：
Figure BDA0002368815360000143
其中：α＝1/(1+(γ/2))。
由于目标探测对象为车辆，所以，对应的场景为Swerling0场景，即所确定的检测概率关于检测时长以及检测门限的关系函数为：
Figure BDA0002368815360000144
步骤802，根据上述关系函数、预设检测概率阈值以及各第二预设检测时长，确定检测门限在各第二预设检测时长下的值。
本步骤中，各第二预设检测时长可以根据实际的使用需求进行调整，本发明实施例在此不做限制；具体的，可以通过以下公式，根据预设检测概率阈值，确定检测门限在各第二预设检测时长下的值：
Figure BDA0002368815360000145
其中，
Figure BDA0002368815360000146
表示预设检测概率阈值，
Figure BDA0002368815360000147
的取值范围在0-1之间，
Figure BDA0002368815360000148
越接近于1，表示对授权用户的车辆的通信的保护程度越大，例如
Figure BDA0002368815360000149
等于1，表示对授权用户的车辆的通信的保护程度达到完美的程度，即该非授权用户的车辆在任何情况下都无法使用授权用户的车辆的频段。在一种可能的实施方式中，
Figure BDA00023688153600001410
可以取0.99。
步骤803，基于所确定的检测门限在各第二预设检测时长下的值，采用二分法，计算出检测门限在各检测时长下的值。
步骤804，根据所确定的检测门限在各检测时长下的值，确定虚警概率在各检测时长下的值，虚警概率表示如果预设区域内不存在目标探测对象时，探测结果为预设区域内存在目标探测对象的概率。
本步骤中，可以采用如下公式，确定虚警概率在各检测时长下的值：
Figure BDA0002368815360000151
其中，Pf(τ)表示虚警概率，
Figure BDA0002368815360000152
步骤805，基于所确定的虚警概率在各检测时长下的值，确定通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值。
本领域技术人员可以理解的是，针对每一时帧，该时帧的时长可以分为检测时长以及通信时长，检测时长的值越大，通信时长的值越小，通信链路的数据的吞吐量越小；检测时长的值越小，通信时长的值越大，通信链路的数据的吞吐量越大，那么也容易发生漏检的情况，即授权用户的车辆和其他非授权用户的车辆位于预设区域内时，但探测结果为预设区域内不存在授权用户的车辆和其他非授权用户的车辆。
可以定义该非授权用户的车辆发射的雷达探测信号的最大覆盖区域内不存在授权用户的车辆和其他非授权用户的车辆的先验概率为
Figure BDA0002368815360000153
定义该非授权用户的车辆发射的雷达探测信号的最大覆盖区域内存在授权用户的车辆和其他非授权用户的车辆的先验概率为
Figure BDA0002368815360000154
那么
Figure BDA0002368815360000155
在一种具体的实施方式中，
Figure BDA0002368815360000156
可以取0.5。
在H0假设下，该非授权用户的车辆没有发生虚警，此时的概率为
Figure BDA0002368815360000157
该非授权用户的车辆建立通信链路的吞吐量为：
Figure BDA0002368815360000161
Figure BDA0002368815360000162
其中，R0表示在H0假设下，该非授权用户的车辆建立通信链路的吞吐量，γc0表示预设区域内不存在上述目标探测对象时的通信信噪比。
在H1假设下，该非授权用户的车辆没有发生漏检，此时的概率为
Figure BDA0002368815360000163
该非授权用户的车辆建立通信链路的吞吐量为：
Figure BDA0002368815360000164
Figure BDA0002368815360000165
其中，R1表示在H1假设下，该非授权用户的车辆建立通信链路的吞吐量，γc1表示预设区域内存在上述目标探测对象时的通信信噪比。
对于R0，该非授权用户的车辆发射的雷达探测信号的最大覆盖区域内没有授权用户的车辆和其他非授权用户的车辆，也就是说没有其他的发射机发射干扰信号，所以，该非授权用户的车辆的接收机接收到的干扰信号较弱。对于R1，该非授权用户的车辆的发射的雷达探测信号的最大覆盖区域内存在授权用户的车辆和其他非授权用户的车辆，所以，该非授权用户的车辆没有探测到授权用户的车辆和其他非授权用户的车辆，即漏检发生，通信信噪比较低。该非授权用户的车辆的接收机接收到的干扰信号较强。因此，R0>R1。
所以，该非授权用户的车辆建立通信链路的吞吐量为：c(τ)＝c0(τ)+c1(τ)；由于R0>R1，并且(1-Pf(τ))远大于(1-Pd(τ))，所以，c0远大于c1，因此，该非授权用户的车辆建立通信链路的吞吐量可以近似为：c(τ)＝c0(τ)，即该非授权用户的车辆建立通信链路的吞吐量可以表示为：
Figure BDA0002368815360000171
R0＝log2(1+γc0)
其中，c0(τ)表示该非授权用户的车辆建立通信链路的吞吐量，τ表示检测时长，Tt表示时帧的时长，Pf(τ)表示各检测时长下的虚警概率，
Figure BDA0002368815360000172
表示预设区域内不存在目标探测对象时的先验概率，γc0表示预设区域内不存在目标探测对象时的通信信号的信噪比，即预设区域内不存在目标探测对象时的通信信噪比。
基于此，可以计算出通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值。
步骤806，从通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值，筛选出吞吐量取最大值时检测时长的值。
本步骤中，可以通过以下公式，表示吞吐量取最大值时检测时长的值：
Figure BDA0002368815360000173
具体的，可以将得到的检测时长的值，作为上述第一预设检测时长的值。
示例性的，如图9所示，图9中的
Figure BDA0002368815360000174
表示在Swerling0场景中，该非授权用户的车辆的通信信噪比为9dB时的吞吐量与检测时长的关系曲线图，图9中的
Figure BDA0002368815360000175
表示在Swerling0场景中，该非授权用户的车辆的通信信噪比为10dB时的吞吐量与检测时长的关系曲线图，图9中的
Figure BDA0002368815360000176
表示在Swerling0场景中，该非授权用户的车辆的通信信噪比为11dB时的吞吐量与检测时长的关系曲线图，其中，
Figure BDA0002368815360000177
为0.8，检测概率阈值为0.999；结合图9，可以得知，该非授权用户的车辆的通信信噪比为9dB时，得到的第一预设检测时长为0.06ms，该非授权用户的车辆的通信信噪比为10dB时，得到的第一预设检测时长为0.05ms，该非授权用户的车辆的通信信噪比为11dB时，得到的第一预设检测时长为0.04ms。
采用本发明实施例提供的上述频谱切换方法，采用计算得到的上述第一预设检测时长，可以在对授权用户的车辆的通信的保护程度达到预设程度的前提下，使得该非授权用户的车辆建立通信链路的实际吞吐量最大化，提高了通信效率。
相应于本发明实施例提供的上述频谱切换方法，本发明实施例还提供了一种CR-VANET系统的频谱切换装置，应用于非授权用户的具有车载通信设备的车辆，如图10所示，具体可以包括：
发射模块1001，用于发射对预设区域内的目标探测对象进行探测的雷达探测信号，所述预设区域为所述非授权用户的车辆发射的所述雷达探测信号的最大覆盖区域，所述目标探测对象包括授权用户的车辆和其他非授权用户的车辆，所述车辆具有车载通信设备；
接收模块1002，用于接收来自所述预设区域的反射信号；
第一确定模块1003，用于基于所接收的反射信号，确定针对所述目标探测对象的探测结果；
建立模块1004，用于如果所述探测结果为预设区域内不存在所述目标探测对象，通过授权用户的频段建立所述非授权用户的具有车载通信设备的车辆的通信链路。
进一步的，所述发射模块1001，具体用于针对每一时帧，在从该时帧的初始时间点起经过第一预设检测时长的时间段内，发射对预设区域内的目标探测对象进行探测的雷达探测信号；
所述建立模块1004，具体用于如果所述探测结果为预设区域内不存在所述目标探测对象，从该时帧的初始时间点起经过所述第一预设检测时长后，通过授权用户的频段建立所述非授权用户的具有车载通信设备的车辆的通信链路。
进一步的，采用如下步骤计算所述第一预设检测时长：
第二确定模块，用于基于所述目标探测对象的类型，确定通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值，所述通信链路为所述非授权用户的具有车载通信设备的车辆建立的通信链路；
筛选模块，用于从所述通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值中，筛选出所述吞吐量取最大值时所述检测时长的值，作为所述第一预设检测时长的值。
进一步的，所述筛选模块，包括：
第一确定子模块，用于基于所述目标探测对象的类型，确定检测概率关于检测时长以及检测门限的关系函数，所述检测概率表示如果所述预设区域内存在所述目标探测对象时，探测结果为所述预设区域内存在所述目标探测对象的概率；
第二确定子模块，用于根据所述关系函数、预设检测概率阈值以及各第二预设检测时长，确定所述检测门限在各所述第二预设检测时长下的值；
第三确定子模块，用于基于所确定的检测门限在各所述第二预设检测时长下的值，采用二分法，计算出检测门限在各检测时长下的值；
第四确定子模块，用于根据所确定的检测门限在各检测时长下的值，确定虚警概率在各检测时长下的值，所述虚警概率表示如果所述预设区域内不存在所述目标探测对象时，探测结果为所述预设区域内存在所述目标探测对象的概率；
第五确定子模块，用于基于所确定的虚警概率在各检测时长下的值，确定通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值。
进一步的，所确定的检测概率关于检测时长以及检测门限的关系函数采用如下公式表示：
Figure BDA0002368815360000191
其中：所述Pd表示所述检测概率，所述Qm(x，y)为Marcum Q函数，所述In-1(x)为n-1阶修正的第一类贝塞尔函数，所述γ表示雷达信噪比，所述τ表示所述检测时长，所述β表示检测门限，所述fs表示雷达脉冲频率；
采用如下公式计算虚警概率在各检测时长下的值：
Figure BDA0002368815360000201
其中，所述Pf(τ)表示所述虚警概率，所述
Figure BDA0002368815360000202
进一步的，采用如下公式计算所述通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值：
Figure BDA0002368815360000203
R0＝log2(1+γc0)
其中，所述c0(τ)表示所述吞吐量，所述τ表示所述检测时长，所述Tt表示所述时帧的时长，所述Pf(τ)表示所述虚警概率在各检测时长下的值，所述
Figure BDA0002368815360000204
表示所述预设区域内不存在所述目标探测对象时的先验概率，所述γc0表示所述预设区域内不存在所述目标探测对象时的通信信噪比。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图11所示，包括处理器1101、通信接口1102、存储器1103和通信总线1104，其中，处理器1101，通信接口1102，存储器1103通过通信总线1104完成相互间的通信，
存储器1103，用于存放计算机程序；
处理器1101，用于执行存储器1103上所存放的程序时，实现上述任一频谱切换方法的步骤。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一频谱切换方法的步骤。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一频谱切换方法。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备、计算机可读存储介质以及计算机程序产品实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种CR-VANET系统的频谱切换方法，其特征在于，应用于非授权用户的具有车载通信设备的车辆，包括：
发射对预设区域内的目标探测对象进行探测的雷达探测信号，所述预设区域为所述非授权用户的车辆发射的所述雷达探测信号的最大覆盖区域，所述目标探测对象包括授权用户的车辆和其他非授权用户的车辆，所述车辆具有车载通信设备；
接收来自所述预设区域的反射信号；
基于所接收的反射信号，确定针对所述目标探测对象的探测结果；
如果所述探测结果为预设区域内不存在所述目标探测对象，通过授权用户的频段建立所述非授权用户的具有车载通信设备的车辆的通信链路。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射对预设区域内的目标探测对象进行探测的雷达探测信号，包括：
针对每一时帧，在从该时帧的初始时间点起经过第一预设检测时长的时间段内，发射对预设区域内的目标探测对象进行探测的雷达探测信号；
所述如果所述探测结果为预设区域内不存在所述目标探测对象，通过授权用户的频段建立所述非授权用户的具有车载通信设备的车辆的通信链路，包括：
如果所述探测结果为预设区域内不存在所述目标探测对象，从该时帧的初始时间点起经过所述第一预设检测时长后，通过授权用户的频段建立所述非授权用户的具有车载通信设备的车辆的通信链路。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用如下步骤计算所述第一预设检测时长：
基于所述目标探测对象的类型，确定通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值，所述通信链路为所述非授权用户的具有车载通信设备的车辆建立的通信链路；
从所述通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值中，筛选出所述吞吐量取最大值时所述检测时长的值，作为所述第一预设检测时长的值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标探测对象的类型，确定通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值，包括：
基于所述目标探测对象的类型，确定检测概率关于检测时长以及检测门限的关系函数，所述检测概率表示如果所述预设区域内存在所述目标探测对象时，探测结果为所述预设区域内存在所述目标探测对象的概率；
根据所述关系函数、预设检测概率阈值以及各第二预设检测时长，确定所述检测门限在各所述第二预设检测时长下的值；
基于所确定的检测门限在各所述第二预设检测时长下的值，采用二分法，计算出检测门限在各检测时长下的值；
根据所确定的检测门限在各检测时长下的值，确定虚警概率在各检测时长下的值，所述虚警概率表示如果所述预设区域内不存在所述目标探测对象时，探测结果为所述预设区域内存在所述目标探测对象的概率；
基于所确定的虚警概率在各检测时长下的值，确定通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所确定的检测概率关于检测时长以及检测门限的关系函数采用如下公式表示：
Figure FDA0002368815350000021
其中：所述Pd表示所述检测概率，所述Qm(x，y)为Marcum Q函数，所述In-1(x)为n-1阶修正的第一类贝塞尔函数，所述γ表示雷达信噪比，所述τ表示所述检测时长，所述β表示检测门限，所述fs表示雷达脉冲频率；
采用如下公式计算虚警概率在各检测时长下的值：
Figure FDA0002368815350000022
其中，所述Pf表示所述虚警概率，所述
Figure FDA0002368815350000023
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，采用如下公式计算所述通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值：
Figure FDA0002368815350000031
R0＝log2(1+γc0)
其中，所述c0(τ)表示所述吞吐量，所述τ表示所述检测时长，所述Tt表示所述时帧的时长，所述Pf(τ)表示所述虚警概率在各检测时长下的值，所述
Figure FDA0002368815350000032
表示所述预设区域内不存在所述目标探测对象时的先验概率，所述γc0表示所述预设区域内不存在所述目标探测对象时的通信信噪比。
7.一种CR-VANET系统的频谱切换装置，其特征在于，应用于非授权用户的具有车载通信设备的车辆，包括：
发射模块，用于发射对预设区域内的目标探测对象进行探测的雷达探测信号，所述预设区域为所述非授权用户的车辆发射的所述雷达探测信号的最大覆盖区域，所述目标探测对象包括授权用户的车辆和其他非授权用户的车辆，所述车辆具有车载通信设备；
接收模块，用于接收来自所述预设区域的反射信号；
第一确定模块，用于基于所接收的反射信号，确定针对所述目标探测对象的探测结果；
建立模块，用于如果所述探测结果为预设区域内不存在所述目标探测对象，通过授权用户的频段建立所述非授权用户的具有车载通信设备的车辆的通信链路。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述发射模块，具体用于针对每一时帧，在从该时帧的初始时间点起经过第一预设检测时长的时间段内，发射对预设区域内的目标探测对象进行探测的雷达探测信号；
所述建立模块，具体用于如果所述探测结果为预设区域内不存在所述目标探测对象，从该时帧的初始时间点起经过所述第一预设检测时长后，通过授权用户的频段建立所述非授权用户的具有车载通信设备的车辆的通信链路。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第二确定模块，用于基于所述目标探测对象的类型，确定通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值，所述通信链路为所述非授权用户的具有车载通信设备的车辆建立的通信链路；
筛选模块，用于从所述通信链路的数据的吞吐量在各检测时长下的值中，筛选出所述吞吐量取最大值时所述检测时长的值，作为所述第一预设检测时长的值。
10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-6任一所述的方法步骤。
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