基于动态分配策略的频谱检测系统及方法
专利名称：基于动态分配策略的频谱检测系统及方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及ー种基于动态分配策略的频谱检测系统及方法。
背景技术：
随着无线通信技术的发展，人们对于频谱资源的需求愈来愈太，“频谱枯竭”现象日趋明显。为缓解频谱资源缺乏与日益增长的无线业务需求之间的矛盾，认知无线电(Cognitive Radio, CR)技术作为ー种智能频谱共享技术得到了广泛的重视。电气和电子工程师协会(IEEE)的有关工作组(如802. 22、802. 16)和国际电信联盟(ITU)已先后制定
或正在积极制定一系列标准以推动该技术在各种应用场景下的发展。在目前的认知无线通信中，为了提升非授权用户动态接入“频谱空穴”的机会和认知无线通信系统的整体效益，认知无线通信系统需要在很宽的频带范围内进行频谱检测以寻找“频谱空穴”(宽带检测)。但是目前由于制造エ艺受限，认知设备需要的射频前端模/数(A/D)采样器的采样速率没办法满足宽带检测的需求。现今一种可行的方法是将需要检测的宽频带分为多个适合检测设备工作的窄频带，多个认知设备按一定规则检测多个窄频带以实现宽带检测的目的(联合检测)。在集中式检测系统中，多个认知设备将感知数据传输到感知中心，由感知中心分析并最终确定宽频带是否有“频谱空穴”存在。在联合检测中，由于每个认知终端检测不同的信道的能力是不同的，如何分配认知终端去检测不同的信道，使得系统性能达到最大成为了ー个问题(多认知终端多信道的分配问题)。申请号为200810121878. 5名为“认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法”的中国专利中公开了ー种认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法。其关键是认知无线通信系统中的每个用户在每次感知过程中根据理想孤波分布从所有要感知的信道中随机选择部分信道进行感知，并将该部分信道的信道标号以及该部分信道的感知结果发送给融合中心，融合中心再利用置信传播等推理算法对所有信道上主用户的活动状态做出综合分析及判決。该方法有如下缺点1、该方法中认知终端是随机对多信道进行检測，这种随机分配方式无法保证系统性能最大化；2、该方法中将所有的认知终端都分配给信道，但实际上，由于认知终端对信道的检测性能不同，有些性能过低的认知终端加入系统将会降低系统的性能；3、该方法仅仅涉及算法研究，没有将其与实际相结合，对实际无线技术的应用指导意义不大。
发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是提供一种能够保证认知无线通信系统的性能最大化，且实用性较强的基于动态分配策略的频谱检测系统及方法。( ニ )技术方案为解决上述问题，本发明提供了ー种基于动态分配策略的频谱检测系统，该系统包括感知中心，用于根据认知终端对于每个信道的检测环境參数的变化动态制定认知终端检测多信道的分配策略，并将所述分配策略传递给认知终端；认知终端，用于根据所述感知中心制定的分配策略进行频谱检测，并将检测得到的感知数据发送至所述感知中心。优选地，所述感知中心进ー步包括频谱感知接ロ，用于作为所述感知中心和认知終端之间通信的通道；数据分析模块，用于根据所述感知数据分析所述认知终端对于每个信道的检测环境參数，并将所述感知数据和分析数据发送至感知数据库以及管理模块；管理模块，根据所述分析数据制定接入网络使用信息，以及根据所述分析数据启动分配模块制定分配策略，并将所述分配模块制定的分配策略发送至所述认知終端和感知数据库；分配模块用于根据系统性能要求制定分配策略；感知数据库用于储存所述感知数据、分析数据、接入网络使用信息以及分配策略。优选地，所述分配模块进一歩包括初歩分配単元，根据所述分析数据制定初歩分配策略，所述初步分配策略使得每个信道都分配到一个认知終端，且保证在此分配策略下信道的虚警概率的和最小；选择分配単元，对所述初歩分配策略制定后所剰余的认知终端进行区分，以保证在制定的分配策略下信道的虚警概率的和最小为依据，将所述剩余的认知終端中对系统性能有提升的終端分配给相应的信道。本发明还提供了ー种基于动态分配策略的检测方法，该方法包括制定分配策略的步骤感知中心在认知终端对于每个信道的检测环境參数发生变化时，动态制定认知终端检测多信道的分配策略，并将所述分配策略传递给认知终端；以及认知終端根据所述感知中心制定的分配策略进行频谱检测，并将检测得到的感知数据发送至所述感知中心的步骤。优选地，所述认知终端对于每个信道的检测环境參数包括每个终端对于每个信道的信道系数以及每个信道的信噪比。优选地，所述动态制定分配策略的步骤进一歩包括初歩分配流程对认知終端的感知数据进行分析，并根据分析数据制定初歩分配策略，使得每个信道都分配到ー个认知終端，且保证在此分配策略下信道的虚警概率的和最小；以及选择分配流程对所述初步分配流程后剰余的认知终端进行区分，以保证在制定的分配策略下信道的虚警概率的和Pfa最小为依据，将对系统性能有提升的終端分配给相应的信道，将对系统性能没有提升的終端排除出分配。优选地，所述初步分配流程进ー步包括步骤Al.初始化F = O,设定如果信道m没有被分配认知终端检测,则Pm,fa = I,其中，F = め#为分配策略，fn,m = I表示认知终端n检测信道m,fn,m = 0表示认知终端n没有检测信道m,m = 1,2,.. .，M, M为信道的个数,n = 1,2,. . . , N, N为认知终端的个数，且N≥M，Pffljfa为相对于信道m的虚警概率，且
权利要求
1.一种基于动态分配策略的频谱检测系统，其特征在于，该系统包括感知中心，用于根据认知终端对于每个信道的检测环境参数的变化动态制定认知终端 检测多信道的分配策略，并将所述分配策略传递给认知终端；认知终端，用于根据所述感知中心制定的分配策略进行频谱检测，并将检测得到的感 知数据发送至所述感知中心。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述感知中心进一步包括频谱感知接口，用于作为所述感知中心和认知终端之间通信的通道；数据分析模块，用于根据所述感知数据分析所述认知终端对于每个信道的检测环境参 数，并将所述感知数据和分析数据发送至感知数据库以及管理模块；管理模块，根据所述分析数据制定接入网络使用信息，以及根据所述分析数据启动分 配模块制定分配策略，并将所述分配模块制定的分配策略发送至所述认知终端和感知数据 库；分配模块用于根据系统性能要求制定分配策略；感知数据库用于储存所述感知数据、分析数据、接入网络使用信息以及分配策略。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分配模块进一步包括初步分配单元，根据所述分析数据制定初步分配策略，所述初步分配策略使得每个信 道都分配到一个认知终端，且保证在此分配策略下信道的虚警概率的和最小；选择分配单元，对所述初步分配策略制定后所剩余的认知终端进行区分，以保证在制 定的分配策略下信道的虚警概率的和最小为依据，将所述剩余的认知终端中对系统性能有 提升的终端分配给相应的信道。
4.一种基于动态分配策略的检测方法，其特征在于，该方法包括制定分配策略的步骤感知中心在认知终端对于每个信道的检测环境参数发生变化 时，动态制定认知终端检测多信道的分配策略，并将所述分配策略传递给认知终端；以及 认知终端根据所述感知中心制定的分配策略进行频谱检测，并将检测得到的感知数据 发送至所述感知中心的步骤。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述认知终端对于每个信道的检测环境参 数包括每个终端对于每个信道的信道系数以及每个信道的信噪比。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述动态制定分配策略的步骤进一步包括 初步分配流程对认知终端的感知数据进行分析，并根据分析数据制定初步分配策略，使得每个信道都分配到一个认知终端，且保证在此分配策略下信道的虚警概率的和最小； 以及选择分配流程对所述初步分配流程后剩余的认知终端进行区分，以保证在制定的分 配策略下信道的虚警概率的和Pfa最小为依据，将对系统性能有提升的终端分配给相应的 信道，将对系统性能没有提升的终端排除出分配。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述初步分配流程进一步包括步骤A1.初始化F = 0，设定如果信道m没有被分配认知终端检测，则Pm,fa = 1，其中，F为分配策略,fn,m = 1表示认知终端n检测信道m,fn,m = 0表示认知终端n没有检测信道m,m = 1,2,.. . ,M,M为信道的个数,n = 1,2,. . . , N, N为认知终端的个数，且N≥M，Pm,fa为相对于信道m的虚警概率，且
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述选择分配流程进一步包括步骤B1.若所有的认知终端都已被分配信道，则结束选择分配流程，否则，执行步骤B2 ；B2.定义初步分配流程后的测试矩阵为
全文摘要
本发明公开了一种基于动态分配策略的频谱检测系统及方法，涉及无线通信技术领域。该系统包括感知中心，用于根据认知终端对于每个信道的检测环境参数的变化动态制定认知终端检测多信道的分配策略，并将所述分配策略传递给认知终端；认知终端，用于根据所述感知中心制定的分配策略进行频谱检测，并将检测得到的感知数据发送至所述感知中心。本发明的系统及方法以实现系统性能最优为标准，能够不断地随着环境的变化动态地制定相应的分配策略，从而保证系统性能的最优，且实用性强。
文档编号H04W16/14GK102665218SQ201210091258
公开日2012年9月12日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者冯志勇, 刘尚, 张平, 彭立军, 李晓帆, 王颖 申请人:北京邮电大学
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及ー种基于动态分配策略的频谱检测系统及方法。
背景技术：
随着无线通信技术的发展，人们对于频谱资源的需求愈来愈太，“频谱枯竭”现象日趋明显。为缓解频谱资源缺乏与日益增长的无线业务需求之间的矛盾，认知无线电(Cognitive Radio, CR)技术作为ー种智能频谱共享技术得到了广泛的重视。电气和电子工程师协会(IEEE)的有关工作组(如802. 22、802. 16)和国际电信联盟(ITU)已先后制定
或正在积极制定一系列标准以推动该技术在各种应用场景下的发展。在目前的认知无线通信中，为了提升非授权用户动态接入“频谱空穴”的机会和认知无线通信系统的整体效益，认知无线通信系统需要在很宽的频带范围内进行频谱检测以寻找“频谱空穴”(宽带检测)。但是目前由于制造エ艺受限，认知设备需要的射频前端模/数(A/D)采样器的采样速率没办法满足宽带检测的需求。现今一种可行的方法是将需要检测的宽频带分为多个适合检测设备工作的窄频带，多个认知设备按一定规则检测多个窄频带以实现宽带检测的目的(联合检测)。在集中式检测系统中，多个认知设备将感知数据传输到感知中心，由感知中心分析并最终确定宽频带是否有“频谱空穴”存在。在联合检测中，由于每个认知终端检测不同的信道的能力是不同的，如何分配认知终端去检测不同的信道，使得系统性能达到最大成为了ー个问题(多认知终端多信道的分配问题)。申请号为200810121878. 5名为“认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法”的中国专利中公开了ー种认知无线通信系统中基于推理的快速多信道联合检测方法。其关键是认知无线通信系统中的每个用户在每次感知过程中根据理想孤波分布从所有要感知的信道中随机选择部分信道进行感知，并将该部分信道的信道标号以及该部分信道的感知结果发送给融合中心，融合中心再利用置信传播等推理算法对所有信道上主用户的活动状态做出综合分析及判決。该方法有如下缺点1、该方法中认知终端是随机对多信道进行检測，这种随机分配方式无法保证系统性能最大化；2、该方法中将所有的认知终端都分配给信道，但实际上，由于认知终端对信道的检测性能不同，有些性能过低的认知终端加入系统将会降低系统的性能；3、该方法仅仅涉及算法研究，没有将其与实际相结合，对实际无线技术的应用指导意义不大。
发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是提供一种能够保证认知无线通信系统的性能最大化，且实用性较强的基于动态分配策略的频谱检测系统及方法。( ニ )技术方案为解决上述问题，本发明提供了ー种基于动态分配策略的频谱检测系统，该系统包括感知中心，用于根据认知终端对于每个信道的检测环境參数的变化动态制定认知终端检测多信道的分配策略，并将所述分配策略传递给认知终端；认知终端，用于根据所述感知中心制定的分配策略进行频谱检测，并将检测得到的感知数据发送至所述感知中心。优选地，所述感知中心进ー步包括频谱感知接ロ，用于作为所述感知中心和认知終端之间通信的通道；数据分析模块，用于根据所述感知数据分析所述认知终端对于每个信道的检测环境參数，并将所述感知数据和分析数据发送至感知数据库以及管理模块；管理模块，根据所述分析数据制定接入网络使用信息，以及根据所述分析数据启动分配模块制定分配策略，并将所述分配模块制定的分配策略发送至所述认知終端和感知数据库；分配模块用于根据系统性能要求制定分配策略；感知数据库用于储存所述感知数据、分析数据、接入网络使用信息以及分配策略。优选地，所述分配模块进一歩包括初歩分配単元，根据所述分析数据制定初歩分配策略，所述初步分配策略使得每个信道都分配到一个认知終端，且保证在此分配策略下信道的虚警概率的和最小；选择分配単元，对所述初歩分配策略制定后所剰余的认知终端进行区分，以保证在制定的分配策略下信道的虚警概率的和最小为依据，将所述剩余的认知終端中对系统性能有提升的終端分配给相应的信道。本发明还提供了ー种基于动态分配策略的检测方法，该方法包括制定分配策略的步骤感知中心在认知终端对于每个信道的检测环境參数发生变化时，动态制定认知终端检测多信道的分配策略，并将所述分配策略传递给认知终端；以及认知終端根据所述感知中心制定的分配策略进行频谱检测，并将检测得到的感知数据发送至所述感知中心的步骤。优选地，所述认知终端对于每个信道的检测环境參数包括每个终端对于每个信道的信道系数以及每个信道的信噪比。优选地，所述动态制定分配策略的步骤进一歩包括初歩分配流程对认知終端的感知数据进行分析，并根据分析数据制定初歩分配策略，使得每个信道都分配到ー个认知終端，且保证在此分配策略下信道的虚警概率的和最小；以及选择分配流程对所述初步分配流程后剰余的认知终端进行区分，以保证在制定的分配策略下信道的虚警概率的和Pfa最小为依据，将对系统性能有提升的終端分配给相应的信道，将对系统性能没有提升的終端排除出分配。优选地，所述初步分配流程进ー步包括步骤Al.初始化F = O,设定如果信道m没有被分配认知终端检测,则Pm,fa = I,其中，F = め#为分配策略，fn,m = I表示认知终端n检测信道m,fn,m = 0表示认知终端n没有检测信道m,m = 1,2,.. .，M, M为信道的个数,n = 1,2,. . . , N, N为认知终端的个数，且N≥M，Pffljfa为相对于信道m的虚警概率，且
权利要求
1.一种基于动态分配策略的频谱检测系统，其特征在于，该系统包括感知中心，用于根据认知终端对于每个信道的检测环境参数的变化动态制定认知终端 检测多信道的分配策略，并将所述分配策略传递给认知终端；认知终端，用于根据所述感知中心制定的分配策略进行频谱检测，并将检测得到的感 知数据发送至所述感知中心。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述感知中心进一步包括频谱感知接口，用于作为所述感知中心和认知终端之间通信的通道；数据分析模块，用于根据所述感知数据分析所述认知终端对于每个信道的检测环境参 数，并将所述感知数据和分析数据发送至感知数据库以及管理模块；管理模块，根据所述分析数据制定接入网络使用信息，以及根据所述分析数据启动分 配模块制定分配策略，并将所述分配模块制定的分配策略发送至所述认知终端和感知数据 库；分配模块用于根据系统性能要求制定分配策略；感知数据库用于储存所述感知数据、分析数据、接入网络使用信息以及分配策略。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分配模块进一步包括初步分配单元，根据所述分析数据制定初步分配策略，所述初步分配策略使得每个信 道都分配到一个认知终端，且保证在此分配策略下信道的虚警概率的和最小；选择分配单元，对所述初步分配策略制定后所剩余的认知终端进行区分，以保证在制 定的分配策略下信道的虚警概率的和最小为依据，将所述剩余的认知终端中对系统性能有 提升的终端分配给相应的信道。
4.一种基于动态分配策略的检测方法，其特征在于，该方法包括制定分配策略的步骤感知中心在认知终端对于每个信道的检测环境参数发生变化 时，动态制定认知终端检测多信道的分配策略，并将所述分配策略传递给认知终端；以及 认知终端根据所述感知中心制定的分配策略进行频谱检测，并将检测得到的感知数据 发送至所述感知中心的步骤。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述认知终端对于每个信道的检测环境参 数包括每个终端对于每个信道的信道系数以及每个信道的信噪比。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述动态制定分配策略的步骤进一步包括 初步分配流程对认知终端的感知数据进行分析，并根据分析数据制定初步分配策略，使得每个信道都分配到一个认知终端，且保证在此分配策略下信道的虚警概率的和最小； 以及选择分配流程对所述初步分配流程后剩余的认知终端进行区分，以保证在制定的分 配策略下信道的虚警概率的和Pfa最小为依据，将对系统性能有提升的终端分配给相应的 信道，将对系统性能没有提升的终端排除出分配。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述初步分配流程进一步包括步骤A1.初始化F = 0，设定如果信道m没有被分配认知终端检测，则Pm,fa = 1，其中，F为分配策略,fn,m = 1表示认知终端n检测信道m,fn,m = 0表示认知终端n没有检测信道m,m = 1,2,.. . ,M,M为信道的个数,n = 1,2,. . . , N, N为认知终端的个数，且N≥M，Pm,fa为相对于信道m的虚警概率，且
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述选择分配流程进一步包括步骤B1.若所有的认知终端都已被分配信道，则结束选择分配流程，否则，执行步骤B2 ；B2.定义初步分配流程后的测试矩阵为
全文摘要
本发明公开了一种基于动态分配策略的频谱检测系统及方法，涉及无线通信技术领域。该系统包括感知中心，用于根据认知终端对于每个信道的检测环境参数的变化动态制定认知终端检测多信道的分配策略，并将所述分配策略传递给认知终端；认知终端，用于根据所述感知中心制定的分配策略进行频谱检测，并将检测得到的感知数据发送至所述感知中心。本发明的系统及方法以实现系统性能最优为标准，能够不断地随着环境的变化动态地制定相应的分配策略，从而保证系统性能的最优，且实用性强。
文档编号H04W16/14GK102665218SQ201210091258
公开日2012年9月12日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者冯志勇, 刘尚, 张平, 彭立军, 李晓帆, 王颖 申请人:北京邮电大学
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