[发明专利]一种认知无线电并行合作频谱感知方法

摘要

一种认知无线电并行合作频谱感知方法，该方法首先根据定义的感知开销和传输收益，计算系统效益矩阵，运用Kuhn-Munkres算法，为每一个认知用户分配一个子信道进行感知，如果存在剩余的认知用户，则计算系统效益增量矩阵，然后迭代使用Kuhn-Munkres算法最优地为子信道继续分配认知用户与之前分配的认知用户一同对子信道进行合作感知。该并行合作频谱感知方法充分考虑感知开销、系统效益以及不同认知用户对不同子信道感知性能的差异，克服了现有并行合作频谱感知方法仅考虑检测准确性和需要较多用户进行感知的不足，能够最优的确定感知策略，有效的提高系统效益，减少参加合作感知的认知用户数。

主权项

一种认知无线电并行合作频谱感知方法，包括下列系统模型：在一个由一个融合中心和N个认知用户构成的集中式认知无线电网络中，感知对象为M个子信道；定义感知开销为认知用户因频谱感知任务所减少传输的数据量，设Rcrn为认知用户n的传输速率，其中n＝1，2，...，N，则认知用户n的感知开销On为On＝RcrnTs    (1)其中，Ts为感知时隙；定义传输收益为子信道用于认知用户传输时单位时间内所能传输的平均有效数据量，子信道用于认知用户传输时分为两种情况：第一种情况是信道空闲且被认知用户正确感知时，第二种情况是信道被主用户占用，但被认知用户错误感知而误认为是空闲时，对于第二种情况，可以看成是对传输收益的惩罚函数，设Rchm为子信道m的传输速率，Pd_ch＝[Pd_chm]M为各子信道的检测概率矢量，Pf_ch[Pf_chm]M为各子信道的虚警概率矢量，其中Pd_chm和Pf_chm分别为认知网络对子信道m的检测概率和虚警概率，则信道m(m＝1，2，...，M)的传输收益Gm为Gm＝RchmTrPon[1‑Pf_chm]‑Rchm(1‑Pon)[1‑Pd_chm]Trδ      (2)其中：Tr为传输时隙，Pon为子信道空闲的概率，δ为惩罚因子；设X＝[xmn]M×N为分配矩阵，当认知用户n被分配感知子信道m时，xmn＝1，否则xmn＝0；则分配X时的总系统效益uall(X)可以定义为总传输收益和总感知开销之差 U all ( X ) = Σ m = 1 M G m - Σ x mn = 1 O n - - - ( 3 ) 根据以上描述的系统模型，并行合作频谱感知的感知策略可以等效成如下分配问题： max X U all ( X ) ; s.t. Σ m = 1 M x mn = 1 , n＝1，2，...，N；               (4) β ≤ Σ n = 1 N x mn ≤ N co _ max , m＝1，2，...，M；xmn∈{0，1}.其中，β表示是否能在一个感知时隙内检测完所有子信道，如果N≥M，即认知用户数大于子信道数，则能够在一个感知时隙内检测完所有子信道，令β＝1，否则，置β＝0，N为认知用户数，Nco_max为每个子信道允许的最大的参加合作感知的认知用户数；多个认知用户共同感知一个子信道时使用OR准则。