基于无线指纹数据库的认知无线电频谱感知
2021年电子技术应用第7期
颜廷秋，申 滨，王 欣
重庆邮电大学 通信与信息工程学院，重庆400065
摘要： 提出了一种基于无线指纹数据库的频谱感知方案。首先，在蜂窝认知无线电网络(Cell Cognitive Radio Network，CCRN)覆盖的目标地理区域内，次用户设备(Secondary User Equipment，SUE)收集大量频谱观测数据，基于各种机器学习算法对频谱观测数据进行处理得到授权频谱上主用户发射机(Primary User Transmit，PUT)的传输模式；随后，在PUT不同的传输模式下划分地理位置区域，采用基于空间距离计算的方法获取网格标签，建立无线指纹数据库；最后，有感知需求的次用户设备(Secondary User Equipment，SUE)根据接收到的基站(Base Station，BS)参考信号的到达时间(Time Of Arrival，TOA)估计值来获取其无线指纹，然后与无线指纹数据库(Wireless FingerPrint Database，WFPD)中的无线指纹(Wireless FingerPrint，WFP)进行匹配确定其地理位置，并由此确定授权频段的接入标签。仿真结果表明，本方案方案在减少对主用户干扰的前提下，增加了授权频谱的接入机会。
中圖分類號： TN92
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201235
中文引用格式： 顏廷秋，申濱，王欣. 基于無線指紋數據庫的認知無線電頻譜感知[J].電子技術應用，2021，47(7)：69-73.
英文引用格式： Yan Tingqiu，Shen Bin，Wang Xin. Wireless fingerprint database based spectrum sensing in cognitive radio network[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(7)：69-73.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201235
中文引用格式： 顏廷秋，申濱，王欣. 基于無線指紋數據庫的認知無線電頻譜感知[J].電子技術應用，2021，47(7)：69-73.
英文引用格式： Yan Tingqiu，Shen Bin，Wang Xin. Wireless fingerprint database based spectrum sensing in cognitive radio network[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(7)：69-73.
Wireless fingerprint database based spectrum sensing in cognitive radio network
Yan Tingqiu，Shen Bin，Wang Xin
School of Communication and Information Engineering，Chongqing University of Posts and Telecommunications， Chongqing 400065，China
Abstract： This paper proposes a spectrum sensing scheme based on wireless fingerprint database. Firstly, in the target geographic area covered by the cellular cognitive radio network(CCRN), the secondary user equipment(SUE) collects a large number of spectrum observation data, and processes the spectrum observation data based on various machine learning algorithms to obtain the transmission mode of primary user transmit(PUT) on the authorized spectrum. Then, in the different transmission modes of put, the geographic location area is divided, and the grid label is obtained based on the spatial distance calculation method, and the wireless fingerprint database is established. Finally, the secondary user equipment(SUE) with sensing needs obtains its wireless fingerprint according to the time of arrival(TOA) estimation of the base station(BS) reference signal, and then compares it with the wireless fingerprint in the wireless fingerprint database(WFPD) to determine its geographical location, and thus to determine the access tag of authorized frequency band. Simulations verify that the proposed scheme increases the spectrum access opportunity under the premise of minimizing the interference to the primary user.
Key words : spectrum sensing；wireless fingerprint database(WFPD)；machine learning；cell cognitive radio
0 引言
傳統頻譜感知算法存在很大的局限性[1-4]，而當前機器學習算法在頻譜感知中廣泛應用[5-6]。基于此現狀，本文提出了基于無線指紋數據庫的頻譜感知方案。本方案中，首先利用機器學習的方法對CCRN區域內收集的頻譜觀測數據進行處理，從而獲取該區域內的PUT聯合傳輸模式信息；然后在PUT聯合傳輸模式確定且PUT位置已知的情況下，以活躍PUT為中心劃分地理區域，基于空間距離的算法確定不同網格的頻譜可用性標簽；最后將PUT的聯合傳輸模式信息和頻譜可用性信息存儲在數據庫中。有感知需求的SUE可以借助存儲在無線指紋數據庫中的信息和數據，輕松地作出頻譜決策。無線指紋數據庫的方案實現了認知無線電中頻譜感知即插即用的需求，其劃分地理區域的方式使得SUE可以獲得更多的潛在頻譜接入機會。仿真結果顯示，本方案能有效地滿足頻譜感知的需求。
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作者信息：
顏廷秋，申 濱，王 欣
(重慶郵電大學 通信與信息工程學院，重慶400065)
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