一種基于感知性能的多信道能效頻譜感知方法技術

本發明專利技術涉及一種基于感知性能的多信道能效頻譜感知方法。首先，建立認知無線電頻譜感知二元假設模型；然后，推導多信道條件下認知無線電用戶傳輸一個數據包所需的感知總能耗與感知時間的關系；最后，將所要求的感知性能(目標檢測概率、目標虛警概率)作為約束條件，計算多信道條件下傳輸一個數據包所需的最小感知能耗。本發明專利技術從滿足感知性能要求的角度給出了多信道條件下的最短感知時間及其最小感知能耗。

A perceptual performance based multi channel energy efficiency spectrum sensing method

The present invention relates to a multi channel energy efficiency spectrum sensing method based on perceptual performance. First of all, the establishment of cognitive radio spectrum sensing model of two yuan; then, the relationship between perception and perception of total energy consumption in the time required for the cognitive radio users to transmit a packet is multi channel conditions; finally, the required sensing performance (target detection and false alarm probability, probability) as constraints, multi channel under the condition of minimum transmission energy consumption of a data packet required. The present invention provides the shortest perceptive time and the minimum perceptual energy consumption in multi channel conditions from the perspective of satisfying the perceptual performance requirements.

【技術實現步驟摘要】
一種基于感知性能的多信道能效頻譜感知方法一
本專利技術涉及一種認知無線電頻譜感知技術，特別是一種基于感知性能的多信道能效頻譜感知方法。二
技術介紹
頻譜感知是認知無線電中的關鍵技術之一，其目標是準確、快速地檢測頻譜空穴，從而為次用戶在不干擾主用戶的前提下高效利用頻譜提供基礎。通常，頻譜感知的性能由檢測概率和虛警概率表示。檢測概率越高，主用戶越能被更好地保護。虛警概率越低，一個信道被次用戶使用的機會就越多。此外，在追求綠色通信的今天，認知無線電也需要考慮能耗問題。其中，頻譜感知的能耗是認知無線電能耗的重要組成部分。目前，已有文獻將能耗問題引入了頻譜感知的研究中，如通過粗略感知獲得信道感知順序，再對選定的信道進行精細感知，從而減少總的感知能耗；或根據先前的感知結果確定下一步感知行動，從而減少感知開銷。但已有算法大多是通過某種感知策略來降低感知能耗，而沒有考慮到感知性能要求，如檢測概率、虛警概率等要求對感知能耗的影響；或者只考慮單個信道的能效感知技術，沒有考慮多個信道下的寬帶能效感知。三
技術實現思路
因此，本方法提供了一種基于感知性能的多信道能效頻譜感知方法，目的是滿足感知性能要求前提下，實現多個信道的最小能耗頻譜感知。實現本專利技術的技術方案為：一種基于感知性能的多信道能效頻譜感知方法，其步驟為：第一步，建立認知無線電頻譜感知二元假設模型。第二步，推導多信道條件下認知無線電用戶傳輸一個數據包所需的感知總能耗與感知時間的關系。第三步，將所要求的感知性能(目標檢測概率、目標虛警概率)作為約束條件，計算多信道條件下傳輸一個數據包所需的最小感知能耗。本專利技術與現有的能效頻譜感知方法相比，其顯著優點是：給出了多信道條件下考慮感知性能要求時的最小感知能耗。四附圖說明附圖是本專利技術一種基于感知性能的多信道能效頻譜感知方法的流程圖，同時也是本專利的摘要附圖。五具體實施方式下面結合附圖對基于感知性能的多信道能效頻譜感知方法作進一步描述。首先做出如下假設：1、環境中存在一個主用戶(PU)和一個次用戶(SU)，且它們共享M個信道，各信道之間的狀態是彼此獨立的。2、主用戶具有頻譜接入的優先權，次用戶為認知無線電用戶，采用能量檢測法對頻譜進行感知，一次感知M個信道，判斷該信道是否被主用戶占用。3、次用戶周期性地對各信道進行感知，若當前信道空閑則利用當前信道進行數據傳輸，若當前信道忙且有其它空閑信道則切換到最近的空閑信道進行數據傳輸，若所有信道均感知為忙則在本信道停止等待下一個感知周期。每個周期中感知時間為τs，數據傳輸時間為T。具體實施方式為：1、建立認知無線電頻譜感知二元假設模型。根據信道是否被主用戶占用，每個信道存在兩個狀態，即空閑狀態和忙狀態，故感知問題可表示為下述二元假設：式中H0表示該信道空閑；H1表示該信道被主用戶占用；w(n)表示獨立同分布的零均值加性高斯白噪聲，其方差為h(n)表示信道增益；s(n)表示主用戶信號。2、推導多信道條件下次用戶傳輸一個數據包所需的感知能耗與感知時間的關系。根據能量檢測相關理論，在某個信道上次用戶對主用戶的檢測概率可表示為：式中Q(·)為互補累積分布函數(Q函數)，fs為采樣速率，λ為檢測門限，γ為次用戶接收主用戶信號時的信噪比，Pft為所要求的虛警概率。在某個信道上次用戶對主用戶檢測的虛警概率可表示為：式中Pdt為所要求的檢測概率。因此，當前信道感知為空閑的概率Pi1表示如下：Pi1(τs)＝(1-ρ)(1-Pf(τs))+ρ(1-Pd(τs))(4)式中ρ是主用戶占用信道的概率。其余M-1個信道均感知為忙的概率Pb(M-1)表示如下：Pb(M-1)(τs)＝((1-ρ)Pf(τs)+ρPd(τs))M-1(5)所有信道均感知為忙的概率Pb表示如下：Pb(τs)＝(1-Pi1(τs))Pb(M-1)(τs)(6)所以，次用戶進行數據傳輸的傳輸概率Pt可表示為：Pt＝1-Pb(τs)(7)次用戶完成時長為S的數據包的傳輸所需的平均時間為Ts＝S/Pt，則完成一個數據包傳輸需要的感知次數如下：式中為向上取整運算，T為次用戶每個感知周期中用于傳輸的時間。因此可得傳輸一個數據包的感知總能耗為：J(τs)＝N(τs)τsEs(9)式中Es為次用戶單位時間的感知能耗。3、計算多信道條件下次用戶傳輸一個數據包所需的最小感知能耗。在滿足檢測概率和虛警概率要求的前提下，次用戶傳輸一個數據包所需的最小感知能耗可表示為如下的優化問題：式中J(τs)是完成一個數據包傳輸所需的感知能耗，Pd(τs)、Pf(τs)分別為感知時間τs下的檢測概率和虛警概率，Pdt、Pft分別為所要求的檢測概率和虛警概率。根據優化問題的約束條件，當采樣頻率fs固定時，求解滿足式(10)約束條件的感知時間。將式(2)和式(3)分別代入不等式Pd(τs)≥Pdt和Pf(τs)≤Pft，均可得到：式中γ為次用戶接收主用戶信號時的信噪比。由于在能量檢測中，感知能耗與感知時長成正相關關系，感知時長越短，感知能耗越小。故為使傳輸一個數據包的感知總能耗最小，在滿足約束條件情況下，應取感知時間為式(11)中的最小值：將式(12)表示的最小感知時間代入式(9)中，得到傳輸一個數據包所需的最小感知能耗：因此，次用戶根據式(12)給出的感知時間進行感知，將在滿足所要求的檢測概率和虛警概率前提下，獲得最低感知能耗。以上所述僅為本專利技術的較佳實施例而已，并不用以限制本專利技術，凡在本專利技術的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本專利技術保護的范圍之內。本專利技術申請書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于感知性能的多信道能效頻譜感知方法，其步驟為：第一，建立認知無線電頻譜感知二元假設模型；第二，推導多信道條件下認知無線電用戶傳輸一個數據包所需的感知總能耗與感知時間的關系；第三，將所要求的感知性能(目標檢測概率、目標虛警概率)作為約束條件，計算多信道條件下傳輸一個數據包所需的最小感知能耗。

【技術特征摘要】
1.一種基于感知性能的多信道能效頻譜感知方法，其步驟為：第一，建立認知無線電頻譜感知二元假設模型；第二，推導多信道條件下認知無線電用戶傳輸一個數據包所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：牛英滔，李微，宋曉勤，許拔，
申請(專利權)人：中央軍委裝備發展部第六十三研究所，
類型：發明
國別省市：江蘇,32