一种基于协同感知动态频谱切换的干扰规避方法及系统

本发明属于通信，具体涉及一种基于协同感知动态频谱切换的干扰规避方法及系统。

背景技术：

1、由于通信网络中会同时工作着各种无线终端设备，它们可能会与通信网络所使用的频段发生冲突，形成对通信网络有意或无意的干扰。无线电磁干扰对通信网络产生的影响，一是若干扰的功率较低则会使部分网络边缘用户失去连接，二是若干扰的功率较高则会使整个系统陷入瘫痪。基于此就要求通信网络必须具备一定的干扰规避能力，以保证信息的可靠传输。

2、传统的规避干扰算法在面对工作频段出现干扰时，通常会将工作频段转移到预先设定的备用频段上。这种方式确实能够起到一定的干扰规避作用，但是预先设定频段的方式却存在诸多弊端。因为预先设定的频段并不是基于当前电磁环境设定的，所以会有备用频段也存在干扰且不灵活的问题，此类问题会导致干扰规避算法的实时性和可靠性下降。

3、目前频谱管理部门将无线频率资源分为授权频段和非授权频段，授权频段的资源丰富但利用率低，而非授权频段则较为拥堵。为了提高频谱资源的利用率，研究者们提出了基于认知无线电技术的动态频谱接入机制，该机制允许非授权用户临时使用空闲的授权频段资源。

4、通信网络一般工作在非授权频段，以保证不会对工作在授权频段的通信设备造成干扰。若系统对于各频段均具备感知能力，那么就能够发现空闲的频段资源。当通信网络在工作频段受到严重干扰时便可以使用空闲的频段资源，这会使网络具备更强的干扰规避能力。基于以上思想，将认知无线电技术的动态频谱接入机制融入干扰规避算法中，可以显著提高网络的干扰规避能力。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于协同感知动态频谱切换的干扰规避方法及系统，用于解决目前通信网络干扰规避能力低的技术问题。

2、本发明采用以下技术方案：

3、本发明一种基于协同感知动态频谱切换的干扰规避方法，包括以下步骤：

4、使用频谱感知技术周期性对当前通信频段进行检测，确定当前空闲频段，以及当前工作频段的主用户；

5、对检测到的当前空闲频段进行分析，若当前通信信道不存在主用户信号，在当前通信信道进行数据传输，完成一次成功的数据传输；

6、若检测到当前通信信道存在主用户信号，使用频谱感知技术在固定频段内进行空闲频段搜索，得到当前可用的通信频段资源；从当前可用的通信频段资源中选取频段进行通信，完成一次成功的数据传输，实现基于协同感知动态频谱切换的干扰规避。

7、具体的，使用频谱感知技术对当前通信频段进行检测具体为：

8、采用常虚警门限作为检测器的判决门限，使用检测器检测固定频段上的信号，从用户系统的基站确定需要感知的信号频段并将指令发送给各从用户系统的接收机，各接收机独立进行频谱感知并将感知结果反馈给从用户系统的基站，基站在接收到各接收机的反馈结果后依据判决融合规则判断是否存在主用户，完成判决后基站将判决结果发送给各接收机，从用户系统的基站根据信噪比、信道容量选择合适的频谱，并将选中的频谱资源信息反馈给各用户；数据融合中心采用硬判决数据融合方式，根据各检测节点反馈的单节点判决结果得出最终的判决结果，模糊反馈映射函数将判决结果r反馈给基站，基站通过or准则合成最终判决结果。

9、进一步的，or准则中，常虚警门限λ为：

10、

11、其中，u为检测节点的采样点数，q为标准正态函数的右尾函数，pf为固定虚警概率。

12、进一步的，在or准则下，存在节点反馈为主用户存在，则判决为主用户存在；当各节点均反馈为主用户不存在，判决为主用户不存在，得到联合检测概率、联合漏警概率和联合虚警概率，验证or准则的优越性。

13、更进一步的，联合检测概率qd为：

14、

15、联合漏警概率qm为：

16、

17、联合虚警概率qf为：

18、

19、其中，k为检测节点数，pj,d为单节点检测概率，pj,f为单节点虚警概率。

20、进一步的，模糊反馈只反馈各结果的模糊概率。

21、进一步的，判决结果r为：

22、

23、其中，判决结果r在y<λ部分采用硬判决，判决函数r在y≥λ部分采用半截sigmoid函数，y为决策变量。

24、进一步的，信噪比的对数正态分布的标准差σφ为4～13db。

25、具体的，主用户包括工作在当前频段的授权用户和干扰该频段的干扰源。

26、第二方面，本发明实施例提供了一种基于协同感知动态频谱切换的干扰规避系统，包括：

27、认知无线电模块，用于使用频谱感知技术周期性对当前通信频段进行检测，确定当前的空闲频段，以及当前工作频段的主用户；

28、频谱分析模块，用于对认知无线电模块检测到的当前空闲频段进行分析，若当前通信信道不存在主用户信号，在当前通信信道进行数据传输，完成一次成功的数据传输；

29、干扰规避模块，用于频谱分析模块检测到当前通信信道存在主用户信号时，使用频谱感知技术在固定频段内进行空闲频段搜索，得到当前可用的通信频段资源；从当前可用的通信频段资源中选取频段进行通信，完成一次成功的数据传输，实现基于协同感知动态频谱切换的干扰规避。

30、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

31、本发明一种基于协同感知动态频谱切换的干扰规避方法，使用频谱感知技术周期性对当前通信频段进行检测，确定当前空闲频段，以及当前工作频段的主用户，若检测到当前通信信道存在主用户信号，使用频谱感知技术在固定频段内进行空闲频段搜索，得到当前可用的通信频段资源；从当前可用的通信频段资源中选取频段进行通信，完成一次成功的数据传输，实现基于协同感知动态频谱切换的干扰规避，可以在受到干扰时通过频谱切换的方式规避干扰。

32、进一步的，基于协同感知的动态切换技术可以利用授权频段的资源，而传统的方案只能利用非授权频段的资源，将可利用频谱资源扩充到授权频段可增强抗干扰的能力

33、进一步的，常虚警概率判决门限不受信噪比的影响，且漏警概率可以控制得很低。

34、进一步的，在基于频谱感知的抗干扰算法中，发生漏警情况的后果要更严重，而or准则联合检测时的联合漏警概率可以很低，但是同时也会提高联合虚警概率，所以需要通过引入模糊反馈来优化。

35、进一步的，联合检测概率qd、联合漏警概率qm和联合虚警概率qf的设置就是为了比较各准则的性能，因为or准则的联合漏警概率最低，所以其最有价值。

36、进一步的，or准则联合检测时的联合漏警概率可以很低，但是同时也会提高联合虚警概率，所以需要通过引入模糊反馈来优化。

37、进一步的，在判决变量小于r时采用硬判决，即认为不存在，在大于r时采用sigmoid函数，可以使or准则的联合虚警概率得到降低，从而优化or准则的性能。

38、进一步的，因为在实际环境中信噪比往往不是固定的，其符合对数正态分布，而标准差σφ为4～13db是给出的参考值。

39、进一步的，工作在授权频段时，一方面需要实时判断当前频段的主用户是否出现，另一方面需要判断当前频段是否收到干扰。两者的情况只要出现一种，系统就需要去搜索新的可用频段，因为两者的带来的效果一直，所以可以把它们归为一类。

40、可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

41、综上所述，本发明所提的技术可以通过频谱感知技术使用授权频段和非授权频段实现实时的频谱切换，从而提高系统的抗干扰能力。

42、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。