[发明专利]一种认知无线电中基于三态学习策略的机会频谱接入方法

摘要

本发明公开了一种认知无线电中基于三态学习策略的机会频谱接入方法，其步骤为认知用户对当前目标信道的进行拟合优度检验，每个时隙的检测结果包含三种状态空闲、占用和过渡态；假设主用户的空闲占用状态时间服从指数分布，认知用户运用隐马尔可夫模型动态调整主用户信道利用参数；认知用户利用估计参数计算出机会频谱接入信道容量，并决定是否选择当前信道或接入下一信道；根据部分可观测马尔可夫决策过程更新当前的置信向量，认知用户决定是否在该时隙发送数据。本发明基于三态学习策略的机会频谱接入方法可以有效提高认知用户的信道利用率，从而更精确地反映授权信道的真实状态，信道接入、退出时延也显著降低，同时降低对主用户的干扰。

主权项

一种认知无线电中基于三态学习策略的机会频谱接入方法，其特征在于，其实现包括以下步骤：(1)认知用户对当前目标信道进行拟合优度检验，每个时隙的检测结果包含三种状态：空闲、占用和过渡态；所述步骤(1)中的实现过程如下：(1.1)认知用户接收采样数据Y＝{Y1,Y2,…,Yi,…,Yn}为本地接收机在一个时隙内的n个采样；Yi＝Xi+Ni，其中，Xi是主用户信号，Ni是加性高斯白噪声；当没有主用户时，Yi～N(0,σ2)，f0(y)表示Yi的概率密度函数(pdf)，F0(y)表示Yi的分布函数(cdf)；当主用户发送信号时，Yi～N(μ,σ2)，f1(y)表示Yi的概率密度函数，F1(y)表示Yi的分布函数，设Fn(y)是Y的经验分布函数(edf)，定义如下Fn(y)＝|{i|Yi≤y,1≤i≤n}|/n  (1)基于拟合优度检验的频谱感知方法，提出的三元假设检验为H0：Y是独立同分布序列，且分布函数为F0(y)H1：Y是独立同分布序列，且分布函数为F1(y)H2：Y不是独立同分布序列，即存在信道状态的切换，Y的分布函数为tF0(y)/T+(T–t)F1(y)/T，(0<t<T)，式中，t取决于信道状态发生切换的时间，T为时隙长度；假设H0的检验统计量W02定义为W02=n∫-∞+∞(Fn(y)-F0(y))2ψ(F0(y))dF0(y)---(2)]]>式中，Ψ(t)＝1/[t(1–t)]，在拟合优度检验中，假设H0的拒绝域为W02>ξ0，其中门限ξ0对应的虚警概率为γ0Pr{W02>ξ0|H0}=γ0---(3)]]>在假设H0条件下，W02的分布不依赖于噪声分布F0(y)，采样点数n对其影响也可以忽略；进而，当n→+∞时，W02的极限分布为Pr{W02≤ξ0}=2πξ0Σj=0+∞-1/2j(4j+1)exp(-(4j+1)2π2/(8ξ0))·∫0+∞exp(ξ0/(8(w2+1))-(4j+1)2π2w2/(8ξ0))dw---(4)]]>当n>5时，该极限分布收敛很快，以此代替W02的分布来求解Pr{W02≤ξ0}；定义假设H1的检验统计量W12W12=n∫-∞+∞(Fn(y)-F1(y))2ψ(F1(y))dF1(y)---(5)]]>在拟合优度检验中，假设H1的拒绝域为W12>ξ1，其中门限ξ1对应的漏检概率为γ1Pr{W12＞ξ1|H1}＝γ1  (6)(1.2)若W02≤ξ0，则接受假设H0，即在该时隙内信道状态为空闲；若W12≤ξ1，则接受假设H1，即在该时隙内信道状态为占用；若W02>ξ0且W12>ξ1，则接受假设H2，即在该时隙内信道状态发生变化即过渡态；(2)假设主用户的空闲状态、占用状态时间服从指数分布，认知用户运用隐马尔可夫模型动态调整主用户信道利用参数；(3)认知用户利用主用户信道利用参数计算出机会频谱接入信道容量，并决定是否选择当前信道或接入下一信道；(4)根据部分可观测马尔可夫决策过程更新当前的置信向量，认知用户决定是否在更新当前的置信向量时发送数据。