一种协作频谱感知系统和方法与流程

本申请涉及无线通信领域，更具体地说，涉及一种协作频谱感知系统和方法。
背景技术：
：目前，国内很多地区还在使用230MHz数传电台，因此随着电力无线宽带LTE230系统(以下简称LTE230系统)的应用和推广，在电力专用频谱(230MHz频段)上可能同时存在230MHz数传电台和LTE230系统的情况。230MHz数传电台采用的是查询方式工作，当两个系统同时存在时，如果LTE230系统不进行避让，很可能对230MHz数传电台造成较大的干扰，导致230MHz数传电台反复重传，增加了系统间干扰的时间，影响系统的正常运行。为保障两个系统在同一频谱资源上稳定运行，将230MHz数传电台设定为授权用户，LTE230系统设定为非授权用户(又称感知用户)。在LTE230系统上采用频谱感知技术，捕捉频谱范围内的230MHz数传电台信号，当发现两者同时使用一个频点时及时进行避让，以保障系统的稳定运行。由于各感知用户分布在不同位置，信息之间存在冗余和矛盾。在实际应用中，仅凭借单用户本地检测很难达到要求的性能指标。协作检测通过信息融合协调使用多个感知用户的检测信息，加以互补，降低其不确定性，获得对授权用户状态的一致性描述，从而明显提升系统性能。在协作频谱感知中，感知用户将本地检测结果上报给融合决策中心(fusioncenter，FC)，比较常见的融合方式有“与”准则、“或”准则和“K”秩法。“与”准则可描述为：对每个感知用户检测到的结果进行“与”逻辑合并。从物理层次上表现为所有参与检测的节点都做出授权信号存在的判断时才判定信号存在，否则判定不存在。“或”准则可描述为：对每个感知用户检测得到的结果进行“或”逻辑合并。从物理层次上表现为只要有一个认知用户做出授权用户存在的判断，就判定授权用户存在。“K”秩法可描述为：假设感知用户数为N，当有K个以上的感知用户判断授权用户信号存在时，则判定授权用户存在，否则认为授权用户不存在。但是，“与”准则、“或”准则和“K”秩法均属于传统的硬判决协作频谱感知，在对感知用户检测结果的处理上是完全信任，即每个感知用户的检测结果非“0”(即不存在)即“1”(即存在)，因此，如果协作感知系统中存在偏差较大的感知用户，将对最终的判断结果造成很大不利影响，进而降低了协作感知系统的检测精度。技术实现要素：有鉴于此，本申请提出一种协作频谱感知方法和装置，欲实现提高系统检测精度的目的。为了实现上述目的，现提出的方案如下：一种协作频谱感知系统，包括一个融合决策中心和N个LTE230系统，所述N为正整数，其中，各个所述LTE230系统，用于根据其检测的待检测信号的能量值，得到其权重值，并发送至所述融合决策中心；所述融合决策中心，用于计算所有所述LTE230系统的平均权重值，并判断所述平均权重值是否超过预设的阈值，若是，则确定存在230MHz数传电台信号，若否，则确定不存在230MHz数传电台信号。优选的，所述LTE230系统包括：第一信号获取单元，用于获取检测区域内的待检测信号；第一计算单元，用于计算所述待检测信号的能量值；第一判断单元，用于判断所述能量值是否小于预设的第一门限值，且判断所述能量值是否大于预设的第二门限值，若所述能量值小于所述第一门限值，则执行第一确定单元，若所述能量值大于所述第二门限值，则执行第二确定单元，若所述能量值不小于所述第一门限值且不大于所述第二门限值，则执行第三确定单元；所述第一确定单元，用于确定所述LTE230系统的权重值为0；所述第二确定单元，用于确定所述LTE230系统的权重值为1；所述第三确定单元，用于将所述能量值输入权重值数学模型，确定所述LTE230系统的权重值，所述权重值数学模型为：w=T(x)-λ1λ2-λ1]]>其中，w表示所述能量值不小于所述第一门限值且不大于所述第二门限值时所述LTE230系统的权重值，T(x)表示所述能量值，λ1表示所述第一门限值，λ2表示所述第二门限值。优选的，所述LTE230系统还包括：第二信号获取单元，用于获取所述检测区域内的噪声信号；第二计算单元，用于计算所述噪声信号的方差以及所述噪声信号包含的采样点个数；第一门限单元，用于将所述方差和所述采样点个数输入第一门限数学模型，得到所述第一门限值，所述第一门限数学模型为：λ1=(2NQ-1(Pfa)+1)σL22]]>其中，表示所述方差，N表示所述采样点个数，Pfa表示预设的虚警概率，表示整体高斯互补累积函数；第二门限单元，用于将所述方差和所述采样点个数输入第二门限数学模型，得到所述第二门限值，所述第二门限数学模型为：λ2=(2NQ-1(Pfa)+1)2σL2]]>其中，表示所述方差，N表示所述采样点个数，Pfa表示预设的虚警概率，表示整体高斯互补累积函数。优选的，所述阈值具体为0.5。一种协作频谱感知方法，基于上述系统，该方法包括：各个所述LTE230系统根据其检测的待检测信号的能量值，得到其权重值，并发送至所述融合决策中心；所述融合决策中心计算所有的所述LTE230系统的平均权重值，并判断所述平均权重值是否超过预设的阈值，若是，则确定存在230MHz数传电台信号，若否，则确定不存在230MHz数传电台信号。优选的，所述根据其检测的待检测信号的能量值，得到其权重值的过程包括：获取检测区域内的待检测信号；计算所述待检测信号的能量值；判断所述能量值是否小于预设的第一门限值，且判断所述能量值是否大于预设的第二门限值；若所述能量值小于所述第一门限值，则确定所述LTE230系统的权重值为0；若所述能量值大于所述第二门限值，则确定所述LTE230系统的权重值为1；若所述能量值不小于所述第一门限值且不大于所述第二门限值，则将所述能量值输入权重值数学模型，得到所述LTE230系统的权重值，所述权重值数学模型为：w=T(x)-λ1λ2-λ1]]>其中，w表示所述能量值不小于所述第一门限值且不大于所述第二门限值时所述LTE230系统的权重值，T(x)表示所述能量值，λ1表示所述第一门限值，λ2表示所述第二门限值。优选的，在所述获取检测区域内的待检测信号之前，还包括：获取所述检测区域内的噪声信号；计算所述噪声信号的方差以及所述噪声信号包含的采样点个数；将所述方差和所述采样点个数输入第一门限数学模型，得到所述第一门限值，所述第一门限数学模型为：λ1=(2NQ-1(Pfa)+1)σL22]]>其中，表示所述方差，N表示所述采样点个数，Pfa表示预设的虚警概率，λ1表示所述第一门限值，表示整体高斯互补累积函数；将所述方差和所述采样点个数输入第二门限数学模型，得到所述第二门限值，所述第二门限数学模型为：λ2=(2NQ-1(Pfa)+1)2σL2]]>其中，表示所述方差，N表示所述采样点个数，Pfa表示预设的虚警概率，λ2表示所述第二门限值，表示整体高斯互补累积函数。优选的，所述阈值具体为0.5。与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下优点：上述技术方案提供的一种协作频谱感知系统和方法，包括一个融合决策中心和N个LTE230系统，各个LTE230系统检测待检测信号的能量值，根据其能量值得到权重值并发送至融合决策中心，融合决策中心计算所有LTE230系统的平均权重值，然后判断该平均权重值是否超过预设的阈值，并根据判断结果，确定是否存在230MHz数传电台信号。本申请充分考虑外界环境因素对检测数据的影响，各个LTE230系统根据其检测结果的不同，得到不同的权重值，而不是仅根据检测结果直接判断为“0”(即不存在)或“1”(即存在)，融合决策中心根据所有LTE230系统的平均权重值确定是否存在230MHz数传电台信号，提高了系统检测精度。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提供的一种协作频谱感知系统的示意图；图2为本申请实施例提供的一种LTE230系统的结构示意图；图3为本申请实施例提供的利用两个门限值划分能量区域的示意图；图4为本申请另一实施例提供的一种LTE230系统的结构示意图；图5为本申请实施例提供的一种协作频谱感知方法的流程图；图6为本申请实施例提供的一种计算LTE230系统的权重值方法的流程图；图7为本申请另一实施例提供的一种计算LTE230系统的权重值方法的流程图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。实施例一本实施例提供了一种协作频谱感知系统，请参阅图1，示出了该系统的结构示意图，该系统包括一个融合决策中心11和N个LTE230系统12，所述N为正整数，其中，各个所述LTE230系统12，用于根据其检测的待检测信号的能量值，得到其权重值，并发送至所述融合决策中心；各个LTE230系统12根据待检测信号的能量值的大小，得到对应的权重值w。待检测信号的能量值具体计算方法为：T(x)=1MΣn=1M|x(n)|2]]>其中，T(x)表示待检测信号的能量值，M表示获取的待检测信号包括的采样点个数，x(n)标识采样点的值。所述融合决策中心11，用于计算所有所述LTE230系统的平均权重值，并判断所述平均权重值是否超过预设的阈值，若是，则确定存在230MHz数传电台信号，若否，则确定不存在230MHz数传电台信号。将所有LTE230系统12得到的权重值进行加权融合计算，得到所有LTE230系统的平均权重值，进而根据平均权重值的大小得到最终的检测结果。具体计算公式如下：H0:1NΣi=1Nw(i)≤1/2i=1,2,...,NH1:1NΣi=1Nw(i)>1/2i=1,2,...,N]]>其中，H0表示不存在230MHz数传电台信号，H1表示存在230MHz数传电台信号，w(i)表示第i个LTE230系统得到权重值。本实施例提供的协作频谱感知系统，包括一个融合决策中心和N个LTE230系统，各个LTE230系统检测待检测信号的能量值，根据其能量值得到权重值并发送至融合决策中心，融合决策中心计算所有LTE230系统的平均权重值，然后判断该平均权重值是否超过预设的阈值，并根据判断结果，确定是否存在230MHz数传电台信号。充分考虑了外界环境因素对检测数据的影响，各个LTE230系统根据其检测结果的不同，得到不同的权重值，而不是仅根据检测结果直接判断为“0”(即不存在)或“1”(即存在)，融合决策中心根据所有LTE230系统的平均权重值确定是否存在230MHz数传电台信号，提高了系统检测精度。实施例二本实施例提供的一种LTE230系统，请参阅图2，示出图1中LTE230系统的具体结构示意图，LTE230系统12包括第一信号获取单元121，第一计算单元122，第一判断单元123，所述第一确定单元124，第二确定单元125和第三确定单元126，其中，第一信号获取单元121，用于获取检测区域内的待检测信号；第一计算单元122，用于计算所述待检测信号的能量值；第一判断单元123，用于判断所述能量值是否小于预设的第一门限值，且判断所述能量值是否大于预设的第二门限值，若所述能量值小于所述第一门限值，则执行第一确定单元124，若所述能量值大于所述第二门限值，则执行第二确定单元125，若所述能量值不小于所述第一门限值且不大于所述第二门限值，则执行第三确定单元126；第一确定单元124，用于确定所述LTE230系统的权重值为0；第二确定单元125，用于确定所述LTE230系统的权重值为1；第三确定单元126，用于将所述能量值输入权重值数学模型，确定所述LTE230系统的权重值，所述权重值数学模型为：w=T(x)-λ1λ2-λ1]]>其中，w表示所述能量值不小于所述第一门限值且不大于所述第二门限值时所述LTE230系统的权重值，T(x)表示所述能量值，λ1表示所述第一门限值，λ2表示所述第二门限值。考虑噪声不确定性的情况，设置两个门限值λ1和λ2，如图3所示，通过这两个门限值λ1和λ2，将能量区域E分为三部分E0、E1和E2。当能量值T(x)小于第一门限值λ1时，即处于E0区域时确定该LTE230系统的权重值为0；当能量值大于第二门限值λ1时，即处于E2区域时确定该LTE230系统的权重值为1。当能量值T(x)处于第一门限值λ1与第二门限值λ2之间时，即处于E1区域确定该LTE230系统的权重值为实施例三相对于实施例二提供的LTE230系统，本实施例提供的LTE230系统，详细介绍设定第一门限值和第二门限值的部分，请参阅图4，示出图1中LTE230系统的具体结构示意图，LTE230系统12包括第一信号获取单元121，第一计算单元122，第一判断单元123，第一确定单元124，第二确定单元125，第三确定单元126，第二信号获取单元127，第二计算单元128，第一门限单元129和第二门限单元130，其中，第二信号获取单元127，用于获取所述检测区域内的噪声信号；第二计算单元128，用于计算所述噪声信号的方差以及所述噪声信号包含的采样点个数；第一门限单元129，用于将所述方差和所述采样点个数输入第一门限数学模型，得到所述第一门限值，所述第一门限数学模型为：λ1=(2NQ-1(Pfa)+1)σL22]]>其中，表示所述方差，N表示所述采样点个数，Pfa表示预设的虚警概率，表示整体高斯互补累积函数；第二门限单元130，用于将所述方差和所述采样点个数输入第二门限数学模型，得到所述第二门限值，所述第二门限数学模型为：λ2=(2NQ-1(Pfa)+1)2σL2]]>其中，表示所述方差，N表示所述采样点个数，Pfa表示预设的虚警概率，表示整体高斯互补累积函数。不考虑噪声不确定性的情况时，门限值λ由以下公式确定：λ=(2NQ-1(Pfa)+1)σL2]]>本实施例提供的方案，考虑噪声不确定的情况，在门限值λ的基础上得到两个门限值λ1和λ2。为方便衡量噪声不确定性的大小，定义ρ＝10x/10＞1，式中x表示的噪声不确定性边界，ρ表示噪声不确定程度，ρ越大表示噪声功率的变化范围越大。通常接收设备的噪声不确定边界一般在1dB到2dB之间，可以得出ρ一般在1.26-1.58之间。由于实际噪声方差因此，将ρ的取值设定为2，即将第一门限值λ1设定为λ/2，将第二门限值设定为2λ，保证了检测的精确度。需要说明的是，第一门限值和第二门限值设定后，在一段时间内均为一个确定的值。进行权重值计算时利用设定好的第一门限值和第二门限值即可，并不需要在每次进行权重值计算时都进行第一门限值和第二门限值的设定。只有在待检测区域或待检测区域内的噪声信号发生变化时，才有必要对第一门限值和第二门限值进行重新设定。实施例四本实施例提供了一种协作频谱感知方法，请参阅图5，示出了该方法的流程图，该方法包括，步骤S11：各个所述LTE230系统根据其检测的待检测信号的能量值，得到其权重值，并发送至所述融合决策中心；步骤S12：所述融合决策中心计算所有的所述LTE230系统的平均权重值，并判断所述平均权重值是否超过预设的阈值，若是，则确定存在230MHz数传电台信号，若否，则确定不存在230MHz数传电台信号。实施例五本实施例提供的一种计算LTE230系统的权重值的方法，请参阅图6，示出了该方法的流程图，该方法包括，步骤S21：获取检测区域内的待检测信号；步骤S22：计算所述待检测信号的能量值；步骤S23：判断所述能量值是否小于预设的第一门限值，且判断所述能量值是否大于预设的第二门限值；步骤S24：若所述能量值小于所述第一门限值，则确定所述LTE230系统的权重值为0；步骤S25：若所述能量值大于所述第二门限值，则确定所述LTE230系统的权重值为1；步骤S26：若所述能量值不小于所述第一门限值且不大于所述第二门限值，则将所述能量值输入权重值数学模型，得到所述LTE230系统的权重值，所述权重值数学模型为：w=T(x)-λ1λ2-λ1]]>其中，w表示所述能量值不小于所述第一门限值且不大于所述第二门限值时所述LTE230系统的权重值，T(x)表示所述能量值，λ1表示所述第一门限值，λ2表示所述第二门限值。需要说明的是，图6示出的是针对一个LTE230系统进行权重值计算的过程，而协作频谱感知系统包括多个LTE230系统，而每个LTE230系统根据其检测的待检测信号的能量值，得到其权重值的过程相同，因此任意一个LTE230系统进行权重值计算的过程可以参见图6。实施例六本实施例提供的一种计算LTE230系统的权重值的方法，还包括在步骤S21之前进行第一门限值和第二门限值设定的过程，请参阅图7，示出了该方法的流程图，该方法相对于实施例五提供的方法还包括：步骤S31：获取所述检测区域内的噪声信号；步骤S32：计算所述噪声信号的方差以及所述噪声信号包含的采样点个数；步骤S33：将所述方差和所述采样点个数输入第一门限数学模型，得到所述第一门限值，所述第一门限数学模型为：λ1=(2NQ-1(Pfa)+1)σL22]]>其中，表示所述方差，N表示所述采样点个数，Pfa表示预设的虚警概率，λ1表示所述第一门限值，表示整体高斯互补累积函数；步骤S34：将所述方差和所述采样点个数输入第二门限数学模型，得到所述第二门限值，所述第二门限数学模型为：λ2=(2NQ-1(Pfa)+1)2σL2]]>其中，表示所述方差，N表示所述采样点个数，Pfa表示预设的虚警概率，λ2表示所述第二门限值，表示整体高斯互补累积函数。对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的；所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式；多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实施例各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。当前第1页1 2 3