专利名称：多用户频谱感知中的伪均匀量化方法
技术领域：
本发明属于无线通信技术领域，涉及量化技术，特别涉及一种多用户频谱感知中的伪均匀量化方法，可用于认知无线电系统中的多用户频谱感知。
背景技术：
随着无线和移动通信的迅速发展，日益增长的无线频谱需求与有限的频谱资源之间的矛盾已经成为当前无线通信行业的突出矛盾，然而与此同时，又存在着大量授权的频谱被闲置或者利用率极低的现象。为了改善频谱利用率低下的现状，J.Mitola等人提出了认知无线电的概念，其主要思想是在已授权的频段内寻找空闲频谱，在不影响授权用户正常通信的前提下，允许认知用户能够感知、识别并接入当前空闲的频段，从而大幅提高频谱利用率。为了达到充分利用频谱并且尽量保护授权用户的目的，认知用户必须准确地感知其周围的频谱占用情况，以尽量减小对授权用户正常通信的干扰，因此认知无线电中的频谱感知研究受到了国内外学者的广泛关注。现有的频谱感知算法可以分为单用户频谱感知和多用户协作感知CSS两大类，而其中的多用户协作感知，通过多个认知用户间的相互协作，可以有效降低阴影衰落和噪声不确定性等因素的影响，从而降低对单个用户的感知要求，提高认知网络的整体性能。在集中式CSS中，参与协作的认知用户将各自的相关感知信息汇报给融合中心，然后由融合中心做出最终的决策。这种集中式的CSS通常分为两种模式:1)各协作认知用户先将各自的观测数据生成检验统计量，然后汇报给融合中心，由融合中心做最终决策；
2)各协作认知用户将观测数据全部传送给融合中心，由融合中心处理这些数据进而做最终决策。很显然，第二种模式所需的通信开销会非常大，因此在认知无线电中，多采用第一种模式。而对于第一种模式的CSS，有两种融合准则:1)硬判决融合准则，此时各协作认知用户仅向融合中心汇报他们各自的感知决策，然后由融合中心根据各用户的判断来做最终决策；2)软判决融合SDF准则，各协作认知用户向融合中心汇报的是他们各自的量化后的检测统计量。而本质上，硬判决融合准则是软判决融合准则的一种特例，因此我们可以只考虑CSS中的SDF情况。SDF准则主要由两部分构成:量化和数据融合。在实际应用中，检测器在给定的信噪比范围内具有确定的接收机工作特性曲线R0C，而协作频谱感知的ROC是由量化方法决定的，因此，在CSS中，采用一种适当的量化方法，可以有效地提高最终的感知性能。目前最常用于CSS中的量化方法是均匀量化方法和Lloyd-Max量化方法。均匀量化方法中，量化电平值和量化门限较容易获得，计算开销较低，但是由于不考虑实际应用中信号本身的特点，在协作频谱感知中体现出较差的感知性能。Lloyd-Max量化法虽然结合了信号本身的分布特点而使协作频谱感知系统具有较好的感知性能，但是该方法都是基于对数似然比LLR或者似然比LR域进行量化，而事实上LLR域的概率密度函数在某些应用中是无法得到的，这就需要量化方法可以应用在其他域上。另外，当协作的认知用户数量或者每个用户的量化电平个数增大时，Lloyd-Max量化方法在估计虚警概率和检测概率时的计算开销会随之快速增大。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种用于多用户频谱感知中的伪均匀量化方法，以有效降低多用户频谱感知系统中对感知性能估计时的计算开销，同时能使感知系统获得较好的感知性能，并且适用于任何类型的检测器。为了完成上述目的，本发明提出用于多用户频谱感知中的伪均匀量化方法，包括如下步骤:(I)感知用户将检测统计量的均值和方差上报到融合中心；(2)融合中心根据各感知用户上传的数据计算量化门限ε i:(2.1)融合中心确定第i个感知用户的第j个量化电平值:qj，i = j，其中，i = 1，2，...，K，K为感知用户的个数，j = O, 1，...，L-1，L表示每个感知用户的量化电平个数；(2.2)融合中心根据量化电平值qj.1计算检测统计量Tf:
权利要求
1.一种多用户频谱感知中的伪均匀量化方法，包括如下步骤: (1)感知用户将检测统计量的均值和方差上报到融合中心； (2)融合中心根据各感知用户上传的数据计算量化门限εi: (2.1)融合中心确定第i个感知用户的第j个量化电平值:qp = j，其中，i =1，2，…，K，K为感知用户的个数，j = O, I,…，L-l，L表示每个感知用户的量化电平个数；(2.2)融合中心根据量化电平值qy计算检测统计量Tf:
2.根据权利要求1所述的多用户频谱感知中的伪均匀量化方法，其特征在于步骤(2.3)所述的计算量化电平值i的概率质量函数P (Qj,i I He)，按如下公式计算:
3.根据权利要求1所述的多用户频谱感知中的伪均匀量化方法，其特征在于步骤(2.5)所述的计算检测概率矢量Pd和虚警概率矢量Pf，按如下公式进行:
4.根据权利要求1所述的多用户频谱感知中的伪均匀量化方法，其特征在于步骤(2.7)所述的利用数学规划问题，求解Pu，Pu，…，P。值，按如下步骤进行: (2.7a)根据步骤(2.6)中的ROC曲线包围面积&，得到以下数学规划问题:
全文摘要
本发明公开了一种多用户频谱感知中的伪均匀量化方法，主要解决现有的用于多用户频谱感知中的量化方法的计算开销大的问题。其实现步骤是(1)感知用户将检验统计量的均值和方差上报到融合中心；(2)融合中心首先确定量化电平值和感知用户个数，再计算检测统计量的概率质量函数和ROC曲线的包围面积；(3)利用该面积建立数学规划问题，对其求解得到量化门限εi；(4)融合中心将量化门限εi下发给第i个感知用户，每个感知用户根据得到的量化门限将检测统计量进行量化。本发明具有性能优和开销低的优点，可用于多用户频谱感知中任意类型的检测器对检测统计量进行量化。
文档编号H04B7/08GK103117793SQ20131003061
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者韩维佳, 李赞, 司江勃, 谢梦, 王丹洋, 郝本建 申请人:西安电子科技大学