空闲频谱检测中合作用户的选择方法及装置

摘要

本发明实施例公开了一种空闲频谱检测中合作用户的选择方法和装置，其中，所述方法包括：获取当前感知用户对频谱空闲状态检测得到的本地检测正确概率；确定待选择合作用户与所述感知用户合作对频谱空闲状态检测得到的合作检测正确概率；比较所述本地检测正确概率和合作检测正确概率，当所述合作检测正确概率高于所述本地检测正确概率时，选择所述待选择合作用户为合作用户。通过本发明实施例，能够提高选择合作用户的准确性。

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，更具体地说，涉及一种空闲频谱检测中合作用户的选择方法及装置。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展，所需要的无线频谱资源越来越多，频谱资源匮乏的问题日益突显。传统静态频谱分配政策下的授权频段在时间、空间、频域上均没有得到充分利用。为此，人们提出了机会频谱接入的技术，在机会频谱接入系统中，具有认知功能的无线设备能自动感知所处的频谱环境，检测不被占用的空闲频段，并自动切换到空闲频段进行无线通信。

机会频谱接入系统的一个关键技术是频谱检测技术，即检测是否存在不被占用的空闲频段，常用的频谱检测方法有能量检测方法、匹配滤波器检测方法、循环平稳特征检测算法等。其中，能量检测因为其复杂度较低而得到广泛应用。

在高信噪比的条件下，能量检测算法能够实现高性能的频谱检测。但是，在无线信道中，信号的传输会受到多径衰落、阴影等因素的影响，特别是在极低信噪比条件下，能量检测的正确概率可信度很低，简单的本地能量检测就不能准确的检测频谱状态。

为了提高频谱检测的准确度，一般采用合作检测的方法。合作检测是指融合多个检测节点的检测信息，对频谱做一个正确的估计。该检测技术中，合作用户的选择对合作检测结果的性能影响很大，一方面，如果参与合作检测的用户的检测结果可信度较低，甚至与恶意用户进行合作检测，则会降低合作检测结果性能。

现有技术中，一种选择合作用户的方法为选择具有高信噪比的用户进行合作检测，然而这种方法要求获得合作用户的信噪比，增加了合作节点之间的通信负荷，且仅考虑用户的信噪比不能保证该用户为合适的合作用户，甚至可能为恶意用户。

此外，如果系统中存在以不确定方式干扰正常合作检测的恶意用户时，可利用EM(Expectation Maximization，期望最大化)算法作为理论工具，采用不完全数据参数学习的最大似然估计来剔除合作中的恶意用户，补全受损的观察结果，并依据补全后的数据对目标参数进行对数似然估计，从而对抗恶意用户对合作检测性能的影响。这种方法十分复杂，计算量很大，且不能保证一定能提高频谱检测效果。

可见，如何选择合作检测用户，是合作检测方法亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种空闲频谱检测中合作用户的选择方法及装置，以提高选择合作用户的准确性。

本发明实施例提供一种空闲频谱检测中合作用户的选择方法，包括：

获取当前感知用户对频谱空闲状态检测得到的本地检测正确概率；

确定待选择合作用户与所述感知用户合作对频谱空闲状态检测得到的合作检测正确概率；

比较所述本地检测正确概率和合作检测正确概率，当所述合作检测正确概率高于所述本地检测正确概率时，选择所述待选择合作用户为合作用户。

一种空闲频谱检测中合作用户的选择装置，包括：

本地检测正确概率获取模块，用于获取当前感知用户对频谱空闲状态检测得到的本地检测正确概率；

合作检测正确概率获取模块，用于确定待选择合作用户与所述感知用户合作对频谱空闲状态检测得到的合作检测正确概率；

选择模块，用于比较所述本地检测正确概率和合作检测正确概率，当所述合作检测正确概率高于所述本地检测正确概率时，选择所述待选择合作用户为合作用户。

同现有技术相比，本发明实施例中确定出待选择合作用户与感知用户合作对频谱空闲状态检测得到的合作检测正确概率，将该合作检测正确概率作为判断当前待选择合作用户是否可以作为合作用户的参数，只有当该合作检测正确概率高于感知用户单独确定的本地检测正确概率时，才选择当前待选择合作用户为合作用户，从而避免将恶意用户选择为是合作用户，提高选择合作用户的准确性，从而提高空闲频谱检测效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的空闲频谱检测中合作用户的选择方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的空闲频谱检测中合作用户的选择装置结构示意图；

图3为图2中本地检测正确概率获取模块的结构示意图；

图4为图2中合作检测正确概率获取模块的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的又一种空闲频谱检测中合作用户的选择装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种空闲频谱检测中合作用户的选择方法及装置，以提高选择合作用户的准确性，从而提高空闲频谱检测效果。

为了便于对本发明实施例技术方案的充分理解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

首先，对本发明实施例提供的空闲频谱检测中合作用户的选择方法进行如下说明。

如图1所示，为本发明实施例提供的空闲频谱检测中合作用户的选择方法的流程，具体包括以下步骤：

步骤101、获取当前感知用户对频谱空闲状态检测得到的本地检测正确概率；

步骤102、确定待选择合作用户与所述感知用户合作对频谱空闲状态检测得到的合作检测正确概率；

步骤103、比较所述本地检测正确概率和合作检测正确概率，当所述合作检测正确概率高于所述本地检测正确概率时，选择所述待选择合作用户为合作用户。

本发明实施例中确定出待选择合作用户与感知用户合作对频谱空闲状态检测得到的合作检测正确概率，将该合作检测正确概率作为判断当前待选择合作用户是否可以作为合作用户的参数，只有当该合作检测正确概率高于感知用户单独确定的本地检测正确概率时，才选择当前待选择合作用户为合作用户，从而避免将恶意用户选择为是合作用户，提高选择合作用户的准确性，从而提高空闲频谱检测效果。

下面首先对本发明实施例中涉及到的一些概率定义进行说明。假设频谱上有10个信道需要检测，且假设这10个信道中前5个信道正在被占用，而后5个信道没有被占用，则正确的频谱检测结果应该为“1111100000”，其中，以“1”表示当前频谱信道被占用，以“0”表示当前频谱没有被占用。当感知用户获得的频谱检测结果为“0101101010”时，感知用户计算得到的本地检测概率P_d为：P_d＝P(H₁/H₁)，虚警概率P_f为：P_f＝P(H₁/H₀)。上述表达式中利用H1表示频谱被占用，利用H0表示频谱不被占用，P_d表示当频谱信道实际被占用时，正确检测的概率，即：信道检测结果报“1”时，该信道被占用；P_f表示当频谱信道实际没有被占用时，没有正确检测的概率，即：信道检测结果报“1”时，而该信道没有被占用。对于上面的例子，P_d＝3/5，P_f＝2/5。此外，利用P(H0)表示根据历史记录，频谱不被占用的检测概率，P(H1)表示根据历史记录，频谱被占用的概率。对于上面的例子，P(H0)＝P(H1)＝5/10。正确检测概率P_a表示正确检测频谱的概率，即当频谱被占用时能够检测，并且当频谱没有被占用时也不虚警，P_a的表达式为P_a＝P(H₀)(1-P_f)+P(H₁)P_d，对于上面的例子P_a＝(3+3)/10。

合作检测的融合方法常用的有两个准则，一个是AND准则，AND准则是指所有的合作用户都检测到频谱被占用，则认为频谱被占用，只要有一个合作用户检测到频谱没有被占用，则认为频谱没有被占用；另一个是OR准则，OR准则是指只要有一个用户检测到频谱被占用，则认为频谱被占用。对于有合作用户参与频谱检测时，假设合作用户发送来的频谱检测结果为“0111100100”，如果采用AND准则合作，合作后的频谱检测结果为“0101100000”，因此合作检测正确概率为Q_a＝(3+5)/10。

当前感知用户获得的频谱检测结果为“0101101010”，合作用户获得的频谱检测结果为“0111100100”，因此，本地用户和合作用户确定的频谱占用状态信息之间的整体相似概率P_s为：P_s＝6/10。当前感知用户与合作用户对于频谱中某一信道同时报“0”的概率为P_s0＝3/10，同时报“1”的概率为P_s1＝3/10。

本发明实施例中，获取当前感知用户对频谱空闲状态检测得到的本地检测正确概率的方式为：首先确定所述感知用户计算得到的本地检测概率及虚警概率；然后根据所述本地检测概率、虚警概率，结合根据历史记录获得的当前频谱被占用的概率及不被占用的概率，得到所述本地检测正确概率。

具体实施时，频谱检测过程很复杂，通常有三种方法：匹配检测、能量检测、循环平稳特性检测。本发明实施例以能量检测为例，简单来说能量检测是检测一个信道的能量，当能量大于一个门限值时报告信道被占用，低于这个门限值时报告信道没有被占用。本地检测概率P_d和虚警概率P_f这两个概率是根据能量检测的性质计算出来的理论值，具体的计算公式分别为：

$P_d=P\{E>\lambda |H_1\}=Q_{K/2}(\sqrt{2}\gamma ,\sqrt{\gamma })$

$P_f=P\{E>\lambda |H_0\}=\frac{\Gamma (K/2,\lambda /2)}{\Gamma (K/2)}$

上式中：为Marcum函数，I_m-1(·)为m-1阶第一类Bessel函数；为不完全的gamma函数；为完全gamma函数；E为信道能量；K为E的自由度；γ为信噪比；λ为判决门限。

本发明实施例中，获得合作检测正确概率的实现方式为：

接收所述感知用户对频谱空闲状态检测得到的第一频谱占用状态信息及所述待选择合作用户对频谱空闲状态检测得到的第二频谱占用状态信息；

比较所述第一频谱占用状态信息和第二频谱占用状态信息，确定二者之间的相似概率；

根据所述相似概率、所述本地检测概率、虚警概率以及根据历史记录获得的当前频谱被占用的概率及不被占用的概率，确定所述合作检测正确概率。

本发明实施例中通过获得感知用户对频谱空闲状态检测得到的第一频谱占用状态信息及待选择合作用户对频谱空闲状态检测得到的第二频谱占用状态信息之间的相似概率，进一步计算得到合作检测正确概率，从而可以进行合作检测正确概率和本地检测概率之间的对比。

本领域技术人员在具体实施本发明实施例时，确定所述第一频谱占用状态信息和第二频谱占用状态信息之间的相似概率可以有以下两种实现方式：

(1)分别确定在所述第一频谱占用状态信息和第二频谱占用状态信息中，同时检测信道被占用的概率P_s1和同时检测信道不被占用的概率P_s0；

(2)直接确定所述第一频谱占用状态信息和第二频谱占用状态信息的整体相似概率P_s。

下面对上述两种实现方式分别进行说明。

在第一种实现方式中，P_s0和P_s1的估计方法可以采用统计的方法，例如：统计一段时间内感知用户检测结果(即第一频谱占用状态信息)与待选择合作用户检测结果(即第二频谱占用状态信息)中针对频谱中某一信道同时报“0”和“1”的次数，以及这段时间内总的检测结果数目，二者相除即可得到P_s0和P_s1。然后，根据以下算法估计待选择合作用户的本地检测正确概率P_d，2和虚警概率P_f，2：

$P_{d,2}=\frac{P_{s0}-P_{s1}+\frac{P_{s1}}{P_{f,1}}+P\left(H_1\right)P_{d,1}+P\left(H_0\right)P_{f,1}-1}{\frac{P\left(H_1\right)P_{d,1}}{P_{f,1}}-P\left(H_1\right)}$

$P_{f,2}=\frac{P_{s1}-P_{s0}+\frac{P_{s1}}{P_{d,1}}-P\left(H_1\right)P_{d,1}-P\left(H_0\right)P_{f,1}+1}{P\left(H_0\right)-\frac{P\left(H_0\right)P_{f,1}}{P_{d,1}}}$

上式中P_d，1和P_f，1分别对应感知用户的本地检测概率和虚警概率。

根据计算出的P_d，2与P_f，2，可以分别计算出感知用户的本地检测正确概率P_a和合作检测正确概率Q_a：

P_a＝P(H₁)P_d，1+P(H₀)(1-P_f，1)

Q_a＝P(H₁)P_d，1P_d，2+P(H₀)(1-P_f，1P_f，2)

本发明实施例中，当Q_a＞P_a时，将该待选择合作用户确定为合作用户；否则，确定该待选择合作用户为不合作用户。

在第二种实现方式中，P_s的估计方法可以采用统计的方法，例如：统计一段时间内感知用户检测结果(即第一频谱占用状态信息)与待选择合作用户检测结果(即第二频谱占用状态信息)中针对频谱所有信道的检测结果完全相同的次数，以及这段时间内总的检测结果数目，二者相除即可得到感知用户检测结果与待选择合作用户检测结果整体相同的概率。此外，P_s、P_a及Q_a的理论表达式分别为：

P_s＝P(H₁)(P_d，1P_d，2+(1-P_d，1)(1-P_d，2))+P(H₀)(P_f，1P_f，2+(1-P_f，1)(1-P_f，2))

P_a＝P(H₁)P_d，1+P(H₀)(1-P_f，1)

Q_a＝P(H₁)P_d，1P_d，2+P(H₀)(1-P_f，1P_f，2)

本发明实施例中，需要满足Q_a＞P_a的条件，才能将待选择合作用户确定为合作用户。

将P_a、Q_a代入Q_a＞P_a，并重写P_s的表达式，分别得到：

P(H₁)P_d，1P_d，2-P(H₀)P_f，1P_f，2-(P(H₁)P_d，1-P(H₀)P_f，1)＞0

P_s＝P(H₁)(2P_d，1-1)P_d，2+P(H₀)(2P_f，1-1)P_f，2-P(H₁)P_d，1-P(H₀)P_f，1+1

定义如下函数：

f₁(P_d，2，P_f，2)＝P(H₁)(2P_d，1-1)P_d，2+P(H₀)(2P_f，1-1)P_f，2-P(H₁)P_d，1-P(H₀)P_f，1+1

f₂(P_d，2，P_f，2)＝P(H₁)P_d，1P_d，2-P(H₀)P_f，1P_f，2-(P(H₁)P_d，1-P(H₀)P_f，1)

由以上两式可见，当f₁(P_d，2，P_f，2)＝0和f₂(P_d，2，P_f，2)＝0时，p_d，2和P_f，2成线性关系，这样，可以用线性规划方法来获得满足Q_a＞P_a时，P_s的取值范围，当待选择合作用户满足该P_s的取值范围时，即可确定为合作用户。

以下是根据线性规划方法得到的确定合作用户的几种准则：

(1)如果P(H₁)P_d，1＞P(H₀)P_f，1且P_d，1＞0.5，P_f，1＞0.5，则不选择该用户合作；

(2)如果P(H₁)P_d，1＞P(H₀)P_f，1、P_d，1＞0.5，P_f，1＜0.5且则当P_s≥P(H₁)P_d，1+P(H₀)P_f，1时，将该待选择合作用户确定为合作用户；

(3)如果P(H₁)P_d，1＞P(H₀)P_f，1、P_d，1＞0.5，P_f，1＜0.5且则当时，将该待选择合作用户确定为合作用户；

(4)如果P(H₁)P_d，1＞P(H₀)P_f，1且P_d，1＜0.5，P_f，1＜0.5，则不选择该用户合作；

(5)如果P(H₁)P_d，1≤P(H₀)P_f，1且P_d，1＞0.5，P_f，1＞0.5，则当时，将该待选择合作用户确定为合作用户；

(6)如果P(H₁)P_d，1≤P(H₀)P_f，1、P_d，1＞0.5，P_f，1＜0.5且则当P_s≥P(H₁)P_d，1+P(H₀)P_f，1时，将该待选择合作用户确定为合作用户；

(7)如果P(H₁)P_d，1≤P(H₀)P_f，1、P_d，1＞0.5，P_f，1＜0.5且则当时，将该待选择合作用户确定为合作用户；

(8)如果P(H₁)P_d，1≤P(H₀)P_f，1且P_d，1＜0.5，P_f，1＜0.5，则当时，将该待选择合作用户确定为合作用户。

当涉及多个合作用户参与频谱检测时，本发明实施例还提供了一种确定最佳合作用户数目的方法，即：假设待选择合作用户的数目为n时，对由n个待选择合作用户与所述感知用户合作对频谱空闲状态检测得到的合作检测正确概率进行n次求导计算，并令n次求导后的表达式等于0，所述求导计算确定的n的数值n′，即为应采用的最佳合作用户数目。

当涉及多个合作用户参与频谱检测时，该多个合作用户与感知用户共同检测频谱所得到的合作检测正确概率为：

Q′_a＝P(H₁)P_d，1Pⁿ_d，2+P(H₀)(1-P_f，1Pⁿ_f，2)

对上式进行求导计算，并令n次求导后的表达式等于0，所求得的n的取值n′即为应采用的最佳合作用户数目。

相应上述方法实施例，本发明还提供了一种空闲频谱检测中合作用户的选择装置实施例，如图2所示，该装置具体可以包括：

本地检测正确概率获取模块201，用于获取当前感知用户对频谱空闲状态检测得到的本地检测正确概率；

合作检测正确概率获取模块202，用于确定待选择合作用户与所述感知用户合作对频谱空闲状态检测得到的合作检测正确概率；

选择模块203，用于比较所述本地检测正确概率和合作检测正确概率，当所述合作检测正确概率高于所述本地检测正确概率时，选择所述待选择合作用户为合作用户。

本发明实施例中，通过确定出待选择合作用户与感知用户合作对频谱空闲状态检测得到的合作检测正确概率，将该合作检测正确概率作为判断当前待选择合作用户是否可以作为合作用户的参数，只有当该合作检测正确概率高于感知用户单独确定的本地检测正确概率时，才选择当前待选择合作用户为合作用户，从而避免将恶意用户选择为是合作用户，提高选择合作用户的准确性，从而提高空闲频谱检测效果。

具体实施时，如图3所示，所述本地检测正确概率获取模块201具体可以包括：

本地检测概率计算子模块2011，用于确定所述感知用户计算得到的本地检测概率

虚警概率计算子模块2012，用于确定所述感知用户计算得到的虚警概率；

第一结果计算子模块2013，用于根据所述本地检测概率、虚警概率，结合根据历史记录获得的当前频谱被占用的概率及不被占用的概率，得到所述本地检测正确概率。

可见，本发明实施例首先确定所述感知用户计算得到的本地检测概率及虚警概率；然后根据所述本地检测概率、虚警概率，结合根据历史记录获得的当前频谱被占用的概率及不被占用的概率，得到所述本地检测正确概率。

如图4所示，所述合作检测正确概率获取模块202具体可以包括：

频谱状态信息接收子模块2021，用于接收所述感知用户对频谱空闲状态检测得到的第一频谱占用状态信息及所述待选择合作用户对频谱空闲状态检测得到的第二频谱占用状态信息；

相似概率确定子模块2022，用于比较所述第一频谱占用状态信息和第二频谱占用状态信息，确定二者之间的相似概率；

第二结果计算子模块2023，用于根据所述相似概率、所述本地检测概率、虚警概率以及根据历史记录获得的当前频谱被占用的概率及不被占用的概率，确定所述合作检测正确概率。

本发明实施例中通过获得感知用户对频谱空闲状态检测得到的第一频谱占用状态信息及待选择合作用户对频谱空闲状态检测得到的第二频谱占用状态信息之间的相似概率，进一步计算得到合作检测正确概率，从而便于选择模块203进行合作检测正确概率和本地检测概率之间的对比。

本领域技术人员在具体实施本发明实施例时，确定所述第一频谱占用状态信息和第二频谱占用状态信息之间的相似概率可以有以下两种实现方式：

(1)分别确定在所述第一频谱占用状态信息和第二频谱占用状态信息中，同时检测信道被占用的概率P_s1和同时检测信道不被占用的概率P_s0；

(2)直接确定所述第一频谱占用状态信息和第二频谱占用状态信息的整体相似概率P_s。

因此，所述相似概率确定子模块2022具体可以包括以下两种计算单元：

第一相似概率确定单元，用于分别确定在所述第一频谱占用状态信息和第二频谱占用状态信息中，同时检测信道被占用的概率和同时检测信道不被占用的概率；

第二相似概率确定单元，用于直接确定所述第一频谱占用状态信息和第二频谱占用状态信息的整体相似度概率。

在本发明实施例提供的另一种装置实施例中，如图5所示，该空闲频谱检测中合作用户的选择装置还可以包括：

合作用户数目确定模块204，用于假设待选择合作用户的数目为n时，对由n个待选择合作用户与所述感知用户合作对频谱空闲状态检测得到的合作检测正确概率进行n次求导计算，并令n次求导后的表达式等于0，所求得的n的取值n′，即为应采用的最佳合作用户数目。

对于装置实施例而言，由于其基本相应于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。