认知无线电中一种改进的两步协作感知算法

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1、认知无线电中一种改进的两步协作感知算法 认知无线电中一种改进的两步协作感知算法 摘要： 针对同时使用硬合并和软合并的两步协作频谱感知方法在第二步的软融合时仍需向融合中心发送大量不必要数据的问题，引入了接收信噪比估计，提出了一种改进的两步协作感知算法。改进算法在低信噪比情况下使用传统的两步协作检测提升检测性能，在较高信噪比情况下则采用硬融合策略来减少发往融合中心的信息量。仿真结果表明，改进算法和传统的两步协作检测算法相比，能在几乎不损失检测性能的情况下，显著减少不必要的数据传送。 关键词： 认知无线电；软融合；硬融合；协作频谱感知；两步法；检测概率 0引言 为缓解频谱资源需求的日益增长以及固定的

2、频谱分配策略导致的无线频谱短缺【1】，人们提出了认知无线电（Cognitive Radio，CR）的概念。认知无线电技术可通过动态地接入当前的空闲频谱，极大地提高了频谱的利用率【2】。快速准确的空闲频谱检测成为认知无线电的关键技术之一。 能量检测【3】是最常用的一种频谱检测方法。然而该方法对噪声较为敏感，单用户的能量检测在低信噪比（SignaltoNoise Ratio， SNR）情况下性能较差。就实际的无线通信环境而言，由于存在衰落和阴影效应的影响，SNR通常较低，为此，有必要采用协作感知【4】。 协作感知的核心是其融合方法，有两种常见的融合方法，分别是硬融合和软融合5-6，它们各有优缺点。

3、硬融合是将每个认知用户的本地判决结果发送到融合中心，虽然需要传送的数据量比较小，但是其判决准确度也相对较低。软融合则正好相反，它直接将每个认知用户接收到的能量信息发送到融合中心，再由融合中心综合各个能量值做出最终判决，它的检测性能要好于硬融合，但是却需要向融合中心发送大量的数据。为了综合利用硬融合和软融合的优点，文献【7】中提出了两步协作频谱感知方案，第一步先用硬融合方案进行判决，如果判决主用户（Primary User， PU）占用信道，则最终判定信道被占用；如果第一步判定PU没有占用信道，第二步再用软融合进行进一步判断，软融合的判决结果将为最终判定结果。这样一方面可以弥补硬融合时检测性能差

4、的缺点，另一方面通过减小第二步软融合的执行概率，有效地降低整体的数据传送量。但是，文献8-9中指出，认知无线网络中信道被PU占用的概率很低，所以第一步中判定PU不存在的概率会较高，这样仍然需要进行第二步的软融合判决，那么整个判决过程的平均数据传送量依然很大。 针对上述情况，在传统的两步协作频谱感知的基础上进行了改进。由于能量检测法性能的好坏与信噪比有很大关系，当信噪比相对较高时，直接用硬融合也能获得较好的检测性能，此时，传统的两步协作检测算法对检测性能的提高并不是很大，却会在第二步中的软融合过程给融合中心带来巨大的数据处理量。改进的两步协作检测算法中加入了对硬融合和传统的两步协作融合的检测概率

5、的估计，通过比较两者检测概率的差值与给定门限的关系来确定当前选用的融合策略，该算法可在信噪比相对较高时有效地降低协作频谱感知时向融合中心传送的数据量。 5结语 本文在传统的两步协作检测算法的基础上，提出了改进算法。改进的两步协作检测算法能够在检测性能损失较小的情况下，大量减少频谱感知阶段向融合中心发送的数据量，并通过仿真验证了改进方法的有效性。复杂无线环境下的协作检测算法将是未来的研究方向。 参考文献： 【1】 JOSEPH M. Cognitive radio：Making software radios more personalJ. IEEE Personal Communication

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