[发明专利]一种基于多用户历史感知数据挖掘的协作频谱感知方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于协作频谱感知的认知无线电技术，尤其是涉及一种基于多用户历史感知数据挖掘的协作频谱感知方法。

背景技术

在当今的无线通信中，频谱资源不足以及利用不充分的问题大量存在。为解决这些问题，Joseph Mitola博士提出了认知无线电技术(CR)。认知无线电被定义为一种建立在软件无线电(SDR)基础上的智能无线通信技术。它能够连续不断地感知周围的无线电环境，并进行分析，做出决策，动态地选择空闲的频率进行通信，然后运用无线电知识表示语言(RKRL)自适应地修改设备内部的通信参数。

认知无线电网络由两类用户组成，分别是主要用户(PU)以及具备认知功能，机会式地使用授权频段的次要用户(SU)。次要用户需要通过对授权频段进行检测，并根据获取的感知数据，对无线场景进行分析，最终获得目标频谱可用性的判决。这一过程即为频谱感知，显然，频谱感知过程是认知无线电的第一步，也是最重要的步骤之一。频谱感知可分为单点频谱感知和多点协作频谱感知，分别由一个次要用户和多个次要用户来完成。多点协作频谱感知相比于单点频谱感知有一定优势，主要包括：解决隐藏节点问题；增强了认知无线电系统在低接收信号信噪比环境下的频谱判决性能；降低了对SU节点频谱检测器的敏感度要求。尽管其依然有系统复杂度、节点间信息交换、多节点同步、能量及信令开销控制等问题，多点协作频谱感知依然是认知无线电感知方式的首选。

目前，频谱感知所面临的挑战和问题主要是由无线通信过程中的各类不确定性引起的，包括信道、噪声的随机性，设备级和网络级的不确定性等，现有技术并无法有效消除这些不确定性，尤其对于历史频谱占用状态转移特性的利用并不充分，因此导致频谱状态判决结果的不精确。在多点协作频谱感知中，由于频谱状态之间的转移概率及节点的频谱感知过程是相对稳定的，因而可以利用基于历史感知数据的统计分析来改进频谱判决性能。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种判断准确快速的基于多用户历史感知数据挖掘的协作频谱感知方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于多用户历史感知数据挖掘的协作频谱感知方法，用以判定目标信道是否被占用，包括以下步骤：

1)对各SU节点中的历史感知数据通过拒识过程进行筛选，获得有效的历史感知数据；

2)采用粘性分层狄利克雷过程—隐马尔科夫模型通过迭代求解获取感知数据的隐含频谱状态以及对应的高斯分布参数。

3)对感知数据频谱状态进行判决。

所述的步骤1)具体包括以下步骤：

11)对于各SU节点中的历史感知数据，建立每一时刻的感知信号数据集；

12)设定拒识门限并定义拒绝域；

13)将每个感知信号的似然概率与拒识门限比较，若似然概率小于拒识门限，则判定其属于拒绝域，舍弃，若不属于拒绝域，则保留，并对保留下来的信号建立新的感知信号数据集。

所述的步骤2)具体包括以下步骤：

21)根据感知信号数据集{y_t},t＝1,...,T的能量进行频谱判决，获取初始隐藏频谱状态总数K、每类状态对应的高斯分布参数以及初始中间过渡分布，并将感知信号数据集{y_t},t＝1,...,T的频谱判决结果作为初始的隐含频谱状态集；

22)根据当前步骤n的中间过渡分布βⁿ计算隐含频谱状态集属于状态k∈K和新状态K+1对应的概率值，并对其进行抽样获取当前步骤n对应的隐含频谱状态集并将当前步骤n对应的隐含频谱状态集赋值给下一步骤n+1的隐含频谱状态集将当前步骤n对应的中间过渡分布βⁿ赋值给下一步的中间过渡分布βⁿ⁺¹；

23)重复步骤22)进行迭代更新，当抽样出现新的隐藏频谱状态K+1时，则对中间过渡分布βⁿ进行更新。

所述的步骤22)中，隐含频谱状态集属于第k种状态和新状态K+1的概率值的计算式为：