基于節(jié)點(diǎn)識別的協(xié)作頻譜檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于節(jié)點(diǎn)識別的協(xié)作頻譜檢測方法，在包括至少一個主用戶、N個認(rèn)知用戶和至少一個融合中心的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中，所述主用戶產(chǎn)生授權(quán)頻譜的主用戶信號s(t)，所述N個認(rèn)知用戶形成N個感知節(jié)點(diǎn)，其特征在于第i個感知節(jié)點(diǎn)頻譜檢測時所接收的信號xi(t)分為網(wǎng)絡(luò)中授權(quán)頻譜忙碌的信號H1和頻譜空閑的信號H0，該節(jié)點(diǎn)的信道增益是hi(t)、信道的加性高斯白噪聲是ni(t)，其中i＝1……N，則該節(jié)點(diǎn)頻譜檢測可建模為一個二元假設(shè)檢驗(yàn)問題：第i個感知節(jié)點(diǎn)對接收到的信號xi(t)進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)，得到本地檢測結(jié)果“1”或“0”，“1”表示假設(shè)H1成立，“0”表示假設(shè)H0成立。用本發(fā)明做頻譜檢測，既消除了故障或惡意節(jié)點(diǎn)對協(xié)作頻譜檢測的惡劣影響，又減小了認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開銷。
【專利說明】基于節(jié)點(diǎn)識別的協(xié)作頻譜檢測方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[〇〇〇1] 本發(fā)明涉及認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)頻譜感知技術(shù)，更具體地說涉及一種基于感知節(jié)點(diǎn)識別的協(xié) 作頻譜檢測技術(shù)。 【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長，頻譜資源日益緊張，認(rèn)知無線電（CR)應(yīng)運(yùn)而生。它的 主導(dǎo)思想是實(shí)現(xiàn)伺機(jī)的動態(tài)頻譜接入，認(rèn)知用戶通過頻譜檢測機(jī)會性地接入已分配給主用 戶但暫時未被使用的空閑頻段，從而提高頻譜利用率。
[0003] 在認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中，為了避免對主（授權(quán)）用戶的干擾，認(rèn)知（非授權(quán)）用戶在伺機(jī)接 入授權(quán)頻段時必須對該段頻譜進(jìn)行檢測。如果檢測到頻譜忙碌（主用戶在使用），認(rèn)知用 戶不接入該段頻譜進(jìn)行通信業(yè)務(wù)；如果檢測到頻譜空閑（主用戶不在使用），認(rèn)知用戶接入 該頻段進(jìn)行通信業(yè)務(wù)。顯然，準(zhǔn)確快速的頻譜感知，找到空閑頻譜是實(shí)現(xiàn)頻譜高效復(fù)用的基 礎(chǔ)，是提高頻譜利用率的關(guān)鍵所在。由于信道多徑、陰影衰落等復(fù)雜多變的傳播環(huán)境，單個 認(rèn)知節(jié)點(diǎn)難以保證頻譜檢測的準(zhǔn)確，協(xié)作頻譜檢測可以有效地改善頻譜檢測性能。但在協(xié) 作頻譜感知過程中，是否每個節(jié)點(diǎn)都是可以信賴的？若存在故障或惡意節(jié)點(diǎn)，如何及時發(fā) 現(xiàn)并抵抗它的行為，是必須考慮和值得研究的。通過評估感知節(jié)點(diǎn)可靠性來提高協(xié)作頻譜 檢測性能，人們進(jìn)行了大量研究。到目前為止，所有基于感知節(jié)點(diǎn)可靠性提高協(xié)作頻譜檢測 性能的研究均基于某些假設(shè)條件，如已知頻譜檢測率等，也沒有根據(jù)感知節(jié)點(diǎn)的具體情況 來對感知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類識別。從實(shí)際通信的角度來看，首先，獲得這些先驗(yàn)信息十分困難； 其次，隨著感知節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加，通信系統(tǒng)開銷變大，數(shù)據(jù)傳輸效率下降。另外，這些研究都是 通過減小可靠性低的感知節(jié)點(diǎn)的加權(quán)系數(shù)來減小故障或惡意節(jié)點(diǎn)對協(xié)作頻譜檢測結(jié)果的 影響，未能消除故障或惡意節(jié)點(diǎn)對準(zhǔn)確頻譜感知的干擾。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決感知節(jié)點(diǎn)識別、感知節(jié)點(diǎn)先驗(yàn) 信息獲取以及故障或惡意節(jié)點(diǎn)干擾消除等難題，設(shè)計(jì)一種基于節(jié)點(diǎn)識別的協(xié)作頻譜檢測方 法。
[0005] 上述目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0006] 在包括一個主用戶和N個認(rèn)知用戶的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中，所述主用戶產(chǎn)生授權(quán)頻譜 的主用戶信號s(t)，所述N個認(rèn)知用戶形成N個感知節(jié)點(diǎn)，其中第i個感知節(jié)點(diǎn)頻譜檢測時 所接收的信號 Xi (t)，分為網(wǎng)絡(luò)中授權(quán)頻譜忙碌的信號氏和頻譜空閑的信號％，該節(jié)點(diǎn)的信 道增益是hjt)，信道的加性高斯白噪聲是njt)，其中i = 1……N，則該節(jié)點(diǎn)頻譜檢測可建 模為一個二元假設(shè)檢驗(yàn)問題
【權(quán)利要求】
1.基于節(jié)點(diǎn)識別的協(xié)作頻譜檢測方法，在包括至少一個主用戶、N個認(rèn)知用戶和至少 一個融合中心的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中，所述主用戶產(chǎn)生授權(quán)頻譜的主用戶信號s(t)，所述N個 認(rèn)知用戶形成N個感知節(jié)點(diǎn)，其特征在于第i個感知節(jié)點(diǎn)頻譜檢測時所接收的信號 Xi (t)分 為網(wǎng)絡(luò)中授權(quán)頻譜忙碌的信號Hl和頻譜空閑的信號％，該節(jié)點(diǎn)的信道增益是h (t)、信道的 加性高斯白噪聲是njt)，其中i = 1……N，則該節(jié)點(diǎn)頻譜檢測可建模為一個二元假設(shè)檢驗(yàn) 問題
第i個感知節(jié)點(diǎn)對接收到的信號Xi⑴進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)，得到本地檢測結(jié)果" 1"或"0"， " 1"表示假設(shè)Hi成立，"0"表示假設(shè)4成立。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于節(jié)點(diǎn)識別的協(xié)作頻譜檢測方法，所有感知節(jié)點(diǎn)將本地檢 測結(jié)果發(fā)送至融合中心，由融合中心對是否存在主用戶進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)的基本步驟包括： 1) 感知節(jié)點(diǎn)識別分類，融合中心根據(jù)感知節(jié)點(diǎn)的頻譜檢測準(zhǔn)確率及信噪比，將所有感 知節(jié)點(diǎn)分類為可信節(jié)點(diǎn)和包括故障和惡意節(jié)點(diǎn)的不可信節(jié)點(diǎn)，并形成包括所有可信節(jié)點(diǎn)的 可信節(jié)點(diǎn)集合?和包括所有不可信節(jié)點(diǎn)不可信節(jié)點(diǎn)集合Ω ; 2) 感知節(jié)點(diǎn)分類處理，在融合中心，可信節(jié)點(diǎn)參與融合中心的數(shù)據(jù)融合，得到全局判決 結(jié)果；不可信節(jié)點(diǎn)不參加融合中心的本次數(shù)據(jù)融合，等待下一次的識別分類；故障或惡意 節(jié)點(diǎn)進(jìn)入融合中心"黑名單"，融合中心將其踢出協(xié)作"名單"，拒絕與之合作； 3) 更新感知節(jié)點(diǎn)的信任度，第i個感知節(jié)點(diǎn)的信任度ri為
其中，P是一個表征感知節(jié)點(diǎn)歷史關(guān)聯(lián)強(qiáng)度的因子，是上次即第m-ι次協(xié) 作頻譜感知時節(jié)點(diǎn)i的本地檢測結(jié)果，dF。是所述上次協(xié)作頻譜感知時融合中心的全局判決 結(jié)果，當(dāng)融合中心的全局判決結(jié)果與節(jié)點(diǎn)i的本地檢測結(jié)果相同時，感知節(jié)點(diǎn)i的信任度加 "1"；當(dāng)融合中心的全局判決結(jié)果與節(jié)點(diǎn)i的本地檢測結(jié)果不相同時，感知節(jié)點(diǎn)i的信任度 減"1"，直至為"0"； 4)頻譜檢測，融合中心對可信節(jié)點(diǎn)的本地檢測結(jié)果進(jìn)行加權(quán)融合作出全局判決，判定 主用戶是否在使用該頻段資源。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于節(jié)點(diǎn)識別的協(xié)作頻譜檢測方法，其特征在于所述頻譜檢 測準(zhǔn)確率由頻譜檢測的檢測概率函數(shù)Pdi(m)及虛警概率函數(shù)Pfi(m)表征；所述檢測概率函 數(shù)Pdi(m)定義為：在m次頻譜檢測中，融合中心判斷主用戶信號s(t)存在= ?，感知節(jié) 點(diǎn)i也判斷主用戶信號存在φ =氏的概率，即Pdi (m) = Ρ =氏| dFC = HJ為感知節(jié)點(diǎn)i 在第m次頻譜檢測的檢測概率函數(shù)；所述虛警概率函數(shù)Pfi (m)定義為：在m次頻譜檢測中， 融合中心判斷主用戶信號不存在drc = %，但感知節(jié)點(diǎn)i判斷主用戶信號存在屯=氏的概 率，即Pfi (m) = P {屯=氏| drc = 為感知節(jié)點(diǎn)i在第m次頻譜檢測的虛警概率函數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于節(jié)點(diǎn)識別的協(xié)作頻譜檢測方法，其特征在于所述融合 中心對感知節(jié)點(diǎn)的分類識別規(guī)則為：對于給定的頻譜檢測性能門限^和T f，若感知節(jié)點(diǎn)i 的檢測概率函數(shù)Pdi(m)及虛警概率函數(shù)Pfi(m)滿足條件{Pdi(m)彡T d，Pfi(m)彡Tf}，則該 節(jié)點(diǎn)為可信節(jié)點(diǎn)；若感知節(jié)點(diǎn)i的檢測概率函數(shù)Pdi(m)及虛警概率函數(shù)Pfi(m)不滿足條件 {P di (m)彡Td，Pfi (m)彡Tf}，且節(jié)點(diǎn)i的信噪比snri大于節(jié)點(diǎn)平均信噪比snrT，則該節(jié)點(diǎn)為 故障或惡意節(jié)點(diǎn)；若感知節(jié)點(diǎn)i的檢測概率函數(shù)P di(m)及虛警概率函數(shù)Pfi(m)不滿足條件 {Pdi (m)彡Td，Pfi (m)彡Tf}，同時節(jié)點(diǎn)i的信噪比snri不大于節(jié)點(diǎn)平均信噪比snrT，則節(jié)點(diǎn)為 不可信節(jié)點(diǎn)； 所述節(jié)點(diǎn)平均信噪比snrT定義為
【文檔編號】H04B17/00GK104065430SQ201410326966
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】張士兵, 宋蓮蓮, 劉燕, 王鎮(zhèn) 申請人:南通大學(xué)