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《西安電子科技大學(xué)學(xué)報》2016年第二期

1系統(tǒng)模型

1．1單用戶頻譜感知模型無線電系統(tǒng)中，信號和噪聲之間以及信號之間都存在著較為復(fù)雜的關(guān)系．在噪聲密度可知的前提下，假定每個認知用戶具備獨立頻譜感知能力，在N個連續(xù)的抽樣點上，接收信號xi的二元檢測模型。

1．2多用戶協(xié)作頻譜感知模型計數(shù)算法屬于硬判決算法的一種，當(dāng)決策中心接收到認知用戶的判斷結(jié)果時，由于判決結(jié)果是一個1比特的數(shù)據(jù)，要么是0或者是1，通過累計判決結(jié)果，只有當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中相當(dāng)數(shù)量的用戶都檢測到授權(quán)用戶信號的情況下，決策中心才會最終判定該頻譜信道處于繁忙狀態(tài)，被授權(quán)用戶正在占用當(dāng)前檢測的信道．

2信道檢測開銷算法

2．1算法原理與參數(shù)設(shè)置協(xié)作頻譜感知過程中，認知用戶數(shù)量和感知時長都與信道檢測開銷呈正相關(guān)性，這兩個指標(biāo)值的增加都會產(chǎn)生更多的檢測開銷［17］．所以，在系統(tǒng)設(shè)計過程中，應(yīng)當(dāng)對認知用戶數(shù)量和感知時間這兩個指標(biāo)進行折衷平衡，優(yōu)選出最優(yōu)值，確保在信道檢測過程中，系統(tǒng)損耗能夠達到最低．

2．2算法數(shù)學(xué)驗證認知系統(tǒng)中，各個認知用戶的探測概率Pd，i均不相同，但都與系統(tǒng)的信噪比成正相關(guān)性．而各個認知用戶的虛警概率均與能量判決門限值相關(guān)，取系統(tǒng)門限值與各認知用戶的門限值相同時。由式（9）可知，在相同指標(biāo)要求下，若選取信噪比值高的認知用戶參與協(xié)作感知，則所需的認知用戶數(shù)量會低于信噪比值較小的認知用戶數(shù)量，說明信噪比值高的認知用戶感知性能強．

3系統(tǒng)仿真和結(jié)果分析

3．1仿真參數(shù)說明通過引入斜率系數(shù)c，能夠更好地說明非遞增信噪比信號的特性．系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置如表1所示，這里考慮信噪比不同的3個方案．

3．2仿真結(jié)果和分析

3．2．1檢測開銷優(yōu)化在圖2中，分別標(biāo)示出了3個方案所對應(yīng)的最小檢測開銷的位置．?dāng)?shù)字1、2、3所指的位置分別表示3個仿真設(shè)計方案的最小檢測開銷值．可以看到，系統(tǒng)在探測感知過程中，檢測開銷先是由大到小，然后出現(xiàn)一個最小值，之后再漸漸增大，檢測開銷總是存在一個最小值．在同等條件下，方差較大的方案3在系統(tǒng)性能上明顯優(yōu)于其他兩個方案，信道檢測開銷的值最小．

3．2．2參數(shù)設(shè)置優(yōu)化從圖3可知，在感知過程初期，認知用戶數(shù)量變化趨勢是由大到小，下降的速度很快，到感知過程后期，認識用戶數(shù)量變化不大，趨于平穩(wěn)．這說明感知初期，感知時長可以彌補認知用戶數(shù)量的不足，但是一旦過了最佳時間點，感知時長的重要性就降低了．由于認知用戶的數(shù)量和感知時長這兩個指標(biāo)相互影響，所以在選取這兩個參數(shù)時，必須折衷平衡兩者的關(guān)系，才有利于系統(tǒng)性能最優(yōu)．在信噪比平均值相同的條件下，方差較大的方案3系統(tǒng)性能最好，所需的認知用戶數(shù)量就越少．所以，在系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)盡量選擇方差較大的用戶，可以使得在滿足系統(tǒng)指標(biāo)的要求下，認知用戶數(shù)量最少．由圖2可知，根據(jù)最小信道檢測點來選取最佳時間點，通過圖3，根據(jù)對應(yīng)關(guān)系就可確定最優(yōu)認知用戶的數(shù)量．如表2所示，這3個不同的方案都存在各自最小的信道檢測開銷，同時有且只有一組的信道檢測優(yōu)化參數(shù)．

4結(jié)論

協(xié)作頻譜感知技術(shù)的應(yīng)用能夠明顯改善系統(tǒng)的感知性能和信道使用效率，但是多用戶的參與又會產(chǎn)生更多的系統(tǒng)檢測開銷．采用優(yōu)化系統(tǒng)主要參數(shù)的方法和策略，可以有效地降低由多用戶參與協(xié)作感知而引起的信道檢測開銷．在對協(xié)作頻譜感知系統(tǒng)模型分析的基礎(chǔ)上，聯(lián)合考慮認知用戶數(shù)量和感知時長這兩個主要參數(shù)指標(biāo)，提出最小檢測開銷感知算法，理論推導(dǎo)和仿真結(jié)果都證明了最小信道檢測開銷存在的惟一性和最優(yōu)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的有效性．

作者：秦臻 周劍剛 薛峰 單位：西安電子科技大學(xué) 電子工程學(xué)院 四川大學(xué) 制造科學(xué)與工程學(xué)院 湖北省無線電管理委員會