课程报告-基于邻域侦听的协作频谱感知方法

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1、基于邻域侦听的协作频谱感知方案1引言认知无线电（cognitiveradio,CR）作为下一代通信领域的关键技术，’4以有效地解决巾于当前条块化的固定频谱使用模式导致的频谱利用率低下问题

2、1H21。频谱感知技术是CR的关键技术之一，它一方面要求次级用户（SecondaryUser,SU）能够准确的感知多维频谱空洞，另—方面SU需要控制对主用户（PrimaryUser,PU）的传输干扰，保护PU利益。由于单个感知节点进行频谱感知通常检测性能通常容易受到信道的多径衰落、阴影效应以及隐藏终端等因素影响导致检测性能不理想，因而利用多感知节点进行协作频谱感知，从而n

3、J•以获得分集增益以提升感知性能

4、3j。然而，在单个感知节点能量受限的约束条件下，协作感知网络面临的挑战之一就是全网的能量开销即如何节省全网能量延长节点寿命。通常，协作频谱感知的能耗主要包括各次级感知节点的本地感知和信息上传两部分能耗。当次级感知节点的数量较大时，次级感知节点向融合中心上传感知结果的传输能耗不nJ忽略。文献［4j给出了一种选择性信息上传机制，即次级感知节点感知到信道处于某一个指定状态（空闲/繁忙”）时才发送决策结果，这样在一定程度上降低了感知节点能耗，延1＜:节点寿命。文献［5］提出了一种基于删除的协作频谱感知策略，以减小无信息量的感知的上

5、传带来的额外的能量消辉，文献［6］基于这一思想，将其扩展至有差异化的删除上传机制，充分利用相邻感知时隙结果的相关性从而获得显著能量的消耗。相关研宂还有文献P］［8］。本文延续删除的协作频谱感知这一思想，提出了一种基于邻域侦听的协作频谱感知。对SU进行分簇，每个决策周期幵始簇头SU首先进行差异化上传（与前一周期决策不同时上传lbit指示信号），其余簇成员SU侦听其簇头决策结果进行差异化上传。理论分析和仿真表明，所提方案可以获得较现有差异化上传机制更低的能量损耗。本文后续安排如丁：第2节给出了系统模型和相应的基本理论；第3节首先提出一种新的基于邻域侦听的协作频

6、谱感知方案，然后对比分析了该方案下的上传能耗，第4节对前而的理论分析进行了仿真验证；最后，本文的结论在第5节给出。2系统模型与基本理论2.1能量检测令什和#）分别表示PU信号存在（信道繁忙）和不存在（信道空闲），在感知时间r内，SU用户以采样速率人对？11信号可能存在带宽为VV的频带进行采样，采样点数；V=ry；。第/个SU接收信号符合以下二元假设：其中）;⑻为第《个接收的采样点，假设咖）和％⑻为圆周对称复高斯过程（CSCG）,PU发射信号沁0零均值方差力噪声％（n）为零均值方差力＜，4⑻表示信道增益，在感知时间小于信道相干时间的条件下，则¥«）可视力常数

7、/z。能量检测由于其无需任何PU信号的先验信息，运算复杂度低，因而实现简单，其检测统计量表示如下：吻洲2⑵在所成立时，r（＞，）服从自由度为2W的卡方分布。当/v的取值较大时，根据中心极限定理可知其分布可近似为CW（＜，丄＜）;在A成立时，7G，）概率分布近似为N22、CN（（Z+1）CT；,^^^）,其巾信噪比广N给定判决门限f时，可以得到检测概率：和虚警概率的表示式PA,的表达式为：Pfi(e,r)=Q(3)(A-dV}v(4)00,•其屮C?W=+p々z,2U）为a•的单调减函数。2.2协作频谱感知和决策数据融合考虑在一个CRN（CognitiveR

8、adioNetwork）中有AT个SU和一个FC,假设任意两个SU间的距离相比远小于SU到PU的距离，力了简化问题分析，每个SU接收端处可认为信噪比相同。每一帧的时间长度为r,在频谱感知阶段:T内，每个SU独自利用能量检测对PU信号是否存在做出决策，并按照TDM方式通过上传信道向FC发送lbit二进制判决信息（如‘0门’代表当前信道状态估计为“空闲/繁忙”），并假定上传信道理想（不会引入差错），每个上传时隙为/•,相应吋隙帧结构如图1所示。FC对所有SU上传的决策信息进行全局决策融合。帧•••在FC端常用的决策融合准则包括“OR”准则，“AND”准则以及“

9、Zxnit-of-M”准则，前两者可视为后者的特殊情形。（=1吋对应“OR”准则；A=M吋对应“AND”准则。FC融合所有SU的lbit决策信息Mi=]>k

10、91，任意时刻PU信号存在和不存在的概率可分别用和矸表示，A2+//在经历一帧时间间

11、隔r后信道状态转移概率为：〜)(7，)=6+巾-⑽，p^T)=-