何麗華

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司山東分公司，山東 濟南 250001）

0 引言

無線電頻譜資源由頻譜資源管理部門劃分為兩類：授權(quán)頻段與非授權(quán)頻段。在實際頻譜分配中，非授權(quán)頻段資源遠遠小于授權(quán)頻段資源，但其承載的業(yè)務(wù)量很大，而授權(quán)頻段的利用率卻不高；而同時隨著無線通信業(yè)務(wù)的快速增長，無線頻譜資源匱乏的現(xiàn)象日趨嚴重，感知無線電技術(shù)[1]當前被認為是解決該問題的最佳方案。它能夠自動感知周圍的無線環(huán)境并調(diào)整系統(tǒng)的參數(shù)（如頻率、調(diào)制方式、發(fā)送功率等）以適應(yīng)環(huán)境的變化，在不對其他用戶造成干擾的情況下, 從空間、頻率、時間多維的利用頻譜資源，提高頻譜資源的利用率。感知無線電的關(guān)鍵技術(shù)包括：空閑頻譜檢測技術(shù)、感知無線電自適應(yīng)傳輸技術(shù)以及感知無線電頻譜資源管理技術(shù)，這里主要針對空閑頻譜檢測做一些研究。

1 空閑頻譜檢測

感知無線電系統(tǒng)中，頻譜檢測算法可以劃分為兩類[2]：本地頻譜檢測以及協(xié)作檢測。本地頻譜檢測是指單個感知用戶獨立執(zhí)行某種頻譜檢測算法的檢測，協(xié)作檢測是指多個感知用戶相互合作而執(zhí)行的檢測。但是，單用戶的本地頻譜檢測容易受到陰影和衰落的影響；也不能避免 “隱藏終端”問題。而協(xié)作檢測則可以克服上述問題，得到更加準確的感知性能。感知無線電中的協(xié)作檢測的信道包括兩個部分：檢測信道和報告信道。早期的文獻[3-4]只是考慮了檢測信道對檢測性能的影響，而沒有將報告信道對檢測性能的影響考慮進去?，F(xiàn)推導(dǎo)了OR融合規(guī)則、AND融合規(guī)則下引入錯誤報告概率對檢測性能的影響，這對感知無線電的實際應(yīng)用具有重要參考價值。

2 錯誤報告概率對協(xié)作檢測的影響

實際的無線環(huán)境，報告信道和檢測信道一樣，也同樣會經(jīng)歷衰落或者陰影，如圖1所示。引入錯誤報告概率來表示報告信道對判決結(jié)果的影響。

這里以協(xié)作檢測中常用的判決融合規(guī)則：OR準則AND準則作為這里的判決融合規(guī)則，且以能量檢測作為本地頻譜檢測算法。在存在錯誤報告概率的情況下，協(xié)作檢測的流程分為以下兩個階段：①感知用戶做出本地判決結(jié)果；②本地判決通過報告信道傳送到感知基站，做出最終判決。

圖1 從主用戶基站到感知用戶基站所經(jīng)歷的信道

OR準則下，系統(tǒng)中只要有一個感知用戶支持判決 H1，基站最終判決結(jié)果就判為H1；換種說法就是當所有用戶都判決為H0時基站才判決為H0，即感知基站的統(tǒng)計量Y滿足：

其中 N為參加協(xié)作的感知用戶個數(shù),dip和fip分別表示第 i個感知用戶的本地檢測概率和本地虛警概率?？紤]ep時,整個系統(tǒng)檢測時可能出現(xiàn)的情況如式（4）所示，各種情況出現(xiàn)的概率也在式中標示出：

由此可得，N個用戶參與協(xié)作的系統(tǒng)中引入ep后全局檢測概率和全局虛驚概率為：

其中fQ 不能夠無限小，它是存在一個極限值的，這個極限值稱為虛警概率門限：

其中 pdi、 pfi指代如上,若 pfi=pf、pdi=pd，i = 1 ,2,…,N ,則可進一步得到：

AND規(guī)則下，系統(tǒng)中當所有參與協(xié)作的的感知用戶都支持H1判決時，基站最終判決結(jié)果才為H1。即當融合中心的統(tǒng)計量Y滿足：

不考慮ep時全局虛警概率和全局檢測概率分別為：

整個檢測系統(tǒng)可能出現(xiàn)的情況如式（15）所示，各種情況出現(xiàn)的概率也在式中標示出：

由此可得 N個用戶參與協(xié)作的系統(tǒng)中引入ep后全局檢測概率和全局虛驚概率為：

同理，若 pfi=pf、pdi=pd，i = 1 ,2,… ,N ,則可進一步得到：

此時虛警概率門限大小如式（22）所示：

3 仿真結(jié)果分析

仿真中參與協(xié)作的感知用戶個數(shù)為 8，傳輸采用 BPSK信號，信道為瑞利衰落信道，用戶報告信道的信噪比分別為15 dB、15 dB、14 dB、14 dB 、13 dB、13 dB、12 dB、10 dB。圖2分別給出了OR融合規(guī)則、AND融合規(guī)則下是否考慮錯誤報告概率兩種情況下的ROC曲線。

圖2 引入錯誤報告概率對協(xié)作檢測性能的影響

由仿真圖可以看出考慮存在錯誤報告時，系統(tǒng)的檢測概率受到了影響。另外需要注意的是：圖2(a)中OR規(guī)則下體現(xiàn)出了虛警概率門限，而圖2(b)中AND規(guī)則則沒有體現(xiàn)，這是與式(9)、式(22)密切相關(guān)的，也是與OR融合規(guī)則下具有較大的虛警概率這一特性密切相關(guān)的。

4 結(jié)語

與以往的檢測過程中只考慮檢測信道受陰影、多徑的影響不同，現(xiàn)將本地判決結(jié)果在傳送給感知基站過程中所受報告信道的影響也考慮進去，并且推導(dǎo)了OR融合規(guī)則、AND融合規(guī)則下引入錯誤報告概率對協(xié)作檢測性能的影響，這對感知無線電的實際應(yīng)用具有重要參考價值。

[1] MITOLA III J. Cognitive Radio for Flexible Mobile Multimedia Communications[J].Mobile Networks and Applications,2001,6(05)：435-441.

[2] 何麗華,謝顯中,董雪濤,等.感知無線點中的頻譜檢測技術(shù)[J].通信技術(shù),2007,40(05)：9-11.

[3] GHASEMI A, SOUSA E S.Collaborative Spectrum Sensing for Opportunistic Access in Fading Environments[C]. USA：IEEE,2005：131-136.

[4] PEH E, LIANG Yingchang.Optimization for Cooperative Sensing in Cognitive Radio Networks[C].USA：IEEE,2007：27-32.