基于高效利用资源的协作感知方法的研究

摘要

由于无线通信技术的快速发展以及对无线通信需求的增大，频谱资源如同其他不可再生资源一样越来越稀缺，已成为无线通信发展的巨大瓶颈。但是经过大量科研人员的研究却表明目前频谱资源的稀缺是由频谱资源未得到充分利用并且存在大量“频谱空洞”所导致的。认知无线电技术(CR: Cognitive radio)能利用暂时空闲的授权频段，被认为是解决当前无线频谱资源稀缺的最有效及可靠的技术，已经越来越受到人们的关注。
　　 要利用空闲的授权频段首先要进行准确而快速的频谱识别。一方面快速找到空白频谱供自己使用，以提高频谱利用率；另外一方面，一旦初级用户回到授权信道次级用户能够快速退出，从而不对初级用户产生干扰。频谱感知作为一种快速而方便的频谱识别方式，成为研究认知无线电技术的焦点，在认知无线电技术中已处于重要的地位。人们研究了很多种不同的频谱感知方法，在众多的频谱感知技术中，协作感知被认为是一种在不提高单个认知用户感知性能要求的前提下增加感知结果可靠性的有效途径。但，同时也由于多个用户同时参与感知过程而带来感知开销的增加。如何降感知开销成为协作感知技术中的热点课题。
　　 本文的主要研究内容是协作感知算法中感知节点数、感知的授权信道数与协作感知精度以及感知开销之间的关系，并给出了协作感知开销的具体计算公式。文章提出了一种联合考虑选择最佳的感知节点数以及感知的信道数来降低协作感知开销的方法。
　　 该方法为在不干扰授权用户的情况下满足认知用户的需求，以“满意度”作为一个重要参数。定义的满意度由认知网络中参与协作感知的节点数和每次感知的信道数来确定，反映的是初级系统对次级用户接入其频段的满意程度。通过满意度来确定节点数和信道数的范围，同时考虑网络中的感知开销问题，最终确定优化的感知用户数以及每次感知的信道数，以减低系统的感知开销，达到高效协作感知的目的。由于满意度的计算公式较复杂，要采用穷举法来完成算法的计算部分，故本文也开展了一些降低计算量的方法。并且通过仿真论证了优化算法的可行性，并将仿真结果与其他算法做了比较。