[发明专利]多用户多天线协作频谱感知检测概率优化方法

摘要

本发明公开了一种多用户多天线协作频谱感知检测概率优化方法，在控制信道带宽有限的约束条件下，通过假定虚警概率Pf1，计算出门限值γ1，各认知用户用其能量统计信息与门限值γ1比较，筛选出发送给融合中心的能量统计信息，然后在给定虚警概率Pf2(Pf2＜Pf1)的前提下，融合中心通过粒子群优化算法优化分配给每个认知用户的本地感知信息的权值来最大化系统的检测概率，以克服现有技术的不足。本发明的有益效果是能够明显的提高频谱感知的可靠性，节约控制信道的带宽，并且运用粒子群优化算法来进行检测概率的优化具有检测性能好，稳定且计算时间少等优势。

主权项

1.一种多用户多天线协作频谱感知检测概率优化方法，多用户多天线协作频谱感知系统包括一个主用户,M个认知用户和一个融合中心，所述主用户收、发各配置L根天线，所有认知用户的收、发各配置J根天线；其特征在于，多用户多天线协作频谱感知检测概率优化方法包括以下步骤：1)各认知用户进行局部检测，其检测过程如下：(1)假设采样点数为N,认知用户i在第k个时隙的假设检验如下：H₀表示主用户不存在，H₁表示只有主用户存在；xi(k)=Σm=1,m≠iMHimzm(k)+vi(k),i=1,...,MH0His(k)+Σm=1,m≠iMHimzm(k)+vi(k),i=1,...,MH1]]>式中x_i(k)∈C^L×1是第i个认知用户接受到的信号，s(k)∈C^J×1是主用户发送的信号，z_m(k)∈C^L×1是第m个认知用户的发送信号，v_i(k)∈C^L×1是均值为0，方差为的加性高斯白噪声，H_im∈C^L×L是认知用户i与认知用户m之间的信道,H_i∈C^L×J是认知用户i与主用户之间的信道；(2)利用能量检测的方法计算认知用户i在N个时隙内的能量统计信息为：ui=Σk=1N|xi(k)|2i=1,...M]]>计算出单个认知用户的虚警概率为：Pf1(i)=Pr(ui>γi|H0)=Q[γi-E(ui|H0)var(ui|H0)]i=1,...M]]>式中E(u_i|H₀)表示在H₀情况下能量统计信息的均值,var(u_i|H₀)表示在H₀情况下能量统计信息的方差，Q()为Q函数，γ_i表示局部检测的检测门限值；2)给定单个认知用户虚警概率P_f1的具体数值，计算出检测门限γ₁,各认知用户将能量统计信息与门限值γ₁比较，如果能量统计信息比门限值γ₁大，则将该认知用户的能量统计信息发送给融合中心，反之则不发送，从而筛选出任意p个发送给融合中心的认知用户的能量统计信息u_i,i＝1,...,p,p≤M；3)进行多个认知用户协作频谱感知的全局检测，其过程如下：(1)将筛选出的认知用户的能量统计信息通过控制信道传送给融合中心，此时融合中心接收到第i个认知用户的能量统计信息表示为：y_i＝u_i+n_i     i＝1,...p式中n_i是均值为0，方差为的加性高斯白噪声；（2）融合中心对接收到的来自筛选后的认知用户的能量统计信息分配权值ω：yc=Σi=1pωiyi,i=1,...,p]]>计算出全局检测的虚警概率P_f2和检测概率P_d为：Pf2=Q(γc-NLσTωωT(2NLdiag2(σ)+diag(δ))ω)]]>Pd=Q(γc-(NLσ+Esg)TωωT(2NLdiag2(σ)+diag(δ)+4Esdiag(g)diag(σ))ω)]]>式中表示其他认知用户发送的信号作为等效噪声处理时的方差，ω＝(ω₁,...,ω_p)^T，E_s表示主用户N个时隙内发送信号的能量，γ_c表示全局检测的检测门限值，diag()表示提取对角元素，表示取F范数再平方；4）给定全局检测的虚警概率P_f2(P_f2＜P_f1)的具体数值，计算出门限值γ_c，得到检测概率P_d为：Pd=Q(Q-1(Pf2)ωT(2NLdiag2(σ)+diag(δ))ω-EsgTωωT(2NLdiag2(σ)+diag(δ)+4Esdiag(g)diag(σ))ω)]]>建立全局检测的优化模型；5)利用粒子群优化算法对权值ω进行优化，使全局检测的检测概率最大。