【正文】 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文文獻(xiàn)翻譯 摘要 該文提出了一種在認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制信道帶寬受限條件下基于信任度的雙門(mén)限協(xié)同頻譜感知算法。首先每個(gè)認(rèn)知用戶(hù)基于雙檢測(cè)門(mén)限獨(dú)立進(jìn)行頻譜感知，但只有部分可靠的認(rèn)知用戶(hù)通過(guò)控制信道向認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)基站發(fā)送本地感知結(jié)果。當(dāng)所有的用戶(hù)都不可靠時(shí)，選取信任度最高的認(rèn)知用戶(hù)發(fā)送本地感知結(jié)果進(jìn)行判決。理論分析和仿真表明，同常規(guī)能量檢測(cè)算法相比較，該算法能夠在控制信道帶寬受限條件下，以較少的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)獲得更好的頻譜感知性能 。 關(guān)鍵詞 ： 認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電；頻譜感知；信任度；雙門(mén)限 1 引言 隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，有限的頻譜資源與不斷 增長(zhǎng)的無(wú)線(xiàn)通信需求的矛盾越來(lái)越突出。然而根據(jù)現(xiàn)有的固定分配頻譜資源策略，絕大多數(shù)頻譜資源得不到有效利用。據(jù) FCC 的調(diào)查統(tǒng)計(jì)， 70%的已分配頻譜資源沒(méi)有得到有效利用 ]1[ 。為了提高頻譜資源的利用率，認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)由 Joseph Mitola Ⅲ 提出并得到了廣泛的關(guān)注 ]5[]2[ ? 。頻譜感知技術(shù)是認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)絡(luò)的支撐技術(shù)之一。通常它又可以分為能量檢測(cè)法、匹配濾波器法和循環(huán)平穩(wěn)特征法 [4]。能量檢測(cè)算法因?yàn)閼?yīng)用簡(jiǎn)單且無(wú)需知道任何授權(quán)用戶(hù)信 號(hào)的先驗(yàn)知識(shí)成為研究熱點(diǎn)。認(rèn)知用戶(hù)在接入授權(quán)頻帶之前，必須首先感知該頻帶空閑即授權(quán)用戶(hù)沒(méi)有工作，否則會(huì)對(duì)授權(quán)用戶(hù)造成干擾。一旦授權(quán)用戶(hù)重新工作，認(rèn)知用戶(hù)必須退避，實(shí)現(xiàn)在不對(duì)授權(quán)用戶(hù)產(chǎn)生干擾的情況下對(duì)頻譜資源的共享。由于實(shí)際信道中的多徑和陰影效應(yīng)，單個(gè)認(rèn)知用戶(hù)頻譜感知的性能并不樂(lè)觀，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題 D. Cabric等人提出了協(xié)同頻譜感知算法 [5][6]。協(xié)同頻譜感知算法性能較好，但是當(dāng)認(rèn)知用戶(hù)數(shù)量很大的時(shí)候，控制信道的帶寬將不夠用。文獻(xiàn) [7]中提出了一種在控制信道帶寬受限條件下的基于雙檢測(cè)門(mén)限的頻譜感知算法， 該算法能夠以較小的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)，獲得接近普通單門(mén)限頻譜檢測(cè)算法的性能。針對(duì)認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電頻譜感知的需要，本文提出了認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電環(huán)境下一種基于信任度的雙門(mén)限協(xié)同頻譜感知算法。該算法中每個(gè)認(rèn)知用戶(hù)基于雙檢測(cè)門(mén)限獨(dú)立進(jìn)行頻譜感知，但只有部分可靠的認(rèn)知用戶(hù)通過(guò)控制信道向認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)基站發(fā)射感知報(bào)告。當(dāng)所有的用戶(hù)都不可靠時(shí)，選取信任度最高的認(rèn)知用戶(hù)發(fā)射感知報(bào)告進(jìn)行判決。本黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文文獻(xiàn)翻譯 文對(duì)該算法進(jìn)行了性能分析并通過(guò)仿真表明，本文方法比較常規(guī)能量檢測(cè)算法，在減小網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)的同時(shí)提高了檢測(cè)性能。 2 系統(tǒng)模型 假設(shè)一個(gè)認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)絡(luò)有 N個(gè)認(rèn)知用戶(hù)和 一個(gè)認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)基站，如圖 1 所示。認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)基站負(fù)責(zé)管理和聯(lián)系 N個(gè)認(rèn)知用戶(hù)，在收到認(rèn)知用戶(hù)的檢測(cè)報(bào)告后做出最終判決 。 圖 1. 認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)絡(luò)示意圖 頻譜感知的實(shí)質(zhì)是一個(gè)二元假設(shè)問(wèn)題，即 01( ) , ,() ( ) ( ) ( ) ,n t Hxt h t s t n t H?? ? ??? （ 1） 其中 x(t)代表認(rèn)知用戶(hù)接收到的信號(hào)， s(t)表示授權(quán)用戶(hù)的發(fā)送信號(hào)， h(t)代表授權(quán)用戶(hù)與認(rèn)知用戶(hù)之間信道的衰落因子。 0H 代 表授權(quán)用 戶(hù)沒(méi)有工作， 1H 代表 授權(quán)用戶(hù)正在工作。設(shè) ? 是認(rèn)知用戶(hù)接收信號(hào)的能量，根據(jù)能量檢測(cè)理論 [8]， ? 服從以下分布 ： ?????122022 ),(,~ HX HXmm ?? （ 2） 其 中 ? 表 示瞬時(shí)信噪比，并且其服從均值 為 _? 的指數(shù)分布 ， 22mX 表自由度為 2m 的中心卡方分布 ， )(22 ?mX 代表自由度 為 m2 非中心參數(shù) 為 ? 的 卡方分布 ， m 表 示時(shí)間帶寬積。 在能量檢測(cè)算法本地判決中，每個(gè)認(rèn)知用戶(hù)把接收到的能 量 ? 跟 預(yù)設(shè)的門(mén)限 ?進(jìn)行比較，如圖 2（ a） 所示。 當(dāng) ??? 時(shí)，本地能量檢測(cè)器做出本地判 決 1?D ，表示授權(quán)用戶(hù)在工作，否則判決 D 為 0。而雙門(mén)限能量檢測(cè)算法本地判決如圖 3(b)黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文文獻(xiàn)翻譯 所示，本地 能量檢測(cè)器判決規(guī)則如下： （ 3） 其中 ND 表示認(rèn)知用戶(hù)接受到的能量值不可靠，認(rèn)知用戶(hù)不作出任何判決，發(fā)送感知報(bào)告給認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)絡(luò)基站。 如果出現(xiàn)所有認(rèn)知用戶(hù)都不作出判決的情況，則選擇信用度最高的認(rèn)知用戶(hù)依據(jù)單門(mén)限能量檢測(cè)算法作出本地判決。并發(fā)送感知報(bào)告給認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)絡(luò)基站。 圖 2.（ a）一般能量檢測(cè)算法本地判決示意圖 （ b）雙門(mén)限能量檢測(cè)算法本地判決示意圖 信用度獲取方法采取文獻(xiàn) [9]的方法： 在最開(kāi)始階段，認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)絡(luò)基站把每個(gè)認(rèn)知用戶(hù)數(shù)目的可信度設(shè)為 0，當(dāng)某認(rèn)知用戶(hù)本地判決結(jié)果與認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)絡(luò)基站的最終判決結(jié)果一致時(shí)，該認(rèn)知用戶(hù)可信度加 1，否則減 1。假設(shè)認(rèn)知用戶(hù) i 的可信度是 i? ，則其更新過(guò)程如 （ 4）： uuii i???? )1(?? （ 4） 其中 u 是認(rèn)知用戶(hù)傳送給認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)絡(luò)基站的判決結(jié)果， 1u 是認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)絡(luò)基站的最終判決結(jié)果。 本地判決 D=0 本地判決 D=1 (a) (b) 0 0? ? 本地判決 D=0 本地判決 D=1 ND 0 1? 2? ? ????????????21211,1,0,0????????NDD黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文文獻(xiàn)翻譯 據(jù)文獻(xiàn) [8]可知，認(rèn)知用戶(hù)在高斯信道下的平均檢測(cè)概率、平均漏檢概率和平均虛警概率如下所示： ),2()|( 1 ???? md QHPP ??? (5) dm pHpP ???? 1)|( 1?? (6) )( )2/,()|( 0 mmHpP f ????? ??? (7) 出于對(duì)授權(quán)用戶(hù)的保護(hù)，認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)絡(luò)基站最終采用 OR 準(zhǔn)則作出判決。 3 頻譜感知性能分析 網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo) 在 1bit 量化條件下， avgK 代表歸一化平均感知位數(shù) ， KT 和 KNT? 分別代表 K 個(gè)已向認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)絡(luò)基站發(fā)送數(shù)據(jù)和 NK 個(gè)未向認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)絡(luò)基站發(fā)送報(bào)告。 則： KiK pTP )](1[}{ 21 ??? ???? ， KNiKN PTP ?? ??? )]([}{ 21` ???。 設(shè) }{ 11 HPP ? 和}{ 00 HPP ? ，則劃歸一劃平均感知位數(shù) acgK 如式 8 所示： ? ?? ? ?? ?????????????????? NK NK kNkKNkav g HTPHTPKNKPHTPHTPKNKPK 1 1 111039。00 }|{}|{}|{}|{ (8) 定義： )|( 02110 HP ??? ???? ， )|( 02110 HP ??? ???? 則： 11001 ????? PPK a v g (9) 由 9 式 可得： 1?avgK 可知：基于雙門(mén)限的協(xié)同頻譜檢測(cè)算法的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)始終小于常規(guī)的能量檢測(cè)算法。 檢測(cè)性能分析 設(shè) )(?F 和 )(?G 別 表示 ? 在假設(shè) 0H 和 1H 下的概率分布，則根據(jù)文獻(xiàn) [10]可知 : ? ????? ? ???? 0 0 )( )2/,(1)|()( mmdHFF (10) 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文文獻(xiàn)翻譯 ?? ? ??? 0 1 )|()( dHfG =????????????????????????????????? ???????????? ?? ???????? 202__2)1(2201_22)1(2!11211 mnmnmneene ?????? ???? (11) 顯然 )()( 210 ?? FF ??? ， )()( 121 ?? GG ??? 。假設(shè) 0? ， 1? 分別代表在授權(quán)用戶(hù)在工作和授權(quán)用戶(hù)未工作情況下沒(méi)有認(rèn)知用戶(hù)發(fā)送感知報(bào)告，即當(dāng) K=0 時(shí)，則： NNFFHKP 01200 ))()((}|0{ ??????? ??? (12) NNGGHKP 11211 ))()((}|0{ ??????? ??? (13) 基于雙門(mén)限的頻譜感知算法在瑞利信道下的虛警概率 fQ ，漏檢概率 mQ 和檢測(cè)概率 dQ 分別為： )1)(1(}1,|1{}|1{}|0,1{0000AfPKHuPHKPHKuPQ??????????? (14) mQ = dQHKuP ???? 1}|0,0{ 1 (15) )1)(1(}1,|1{}|1{}|0,1{1111?PaKHuPHKPHKuPQ d?????????? (16) 其中： dA QHKuPP ????? 1}|0,0{ 1