[发明专利]基于判决门限优化的联合频谱感知方法

摘要

本发明涉及基于判决门限优化的联合频谱感知方法，依次包括构建多用户联合频谱感知的认知无线网络模型，由各认知用户接收授权用户发送的信号，在各认知用户获取到能量检测判决的最优门限值后，各认知用户分别对授权用户频谱进行自适应的本地能量检测，然后由频谱感知融合中心根据各认知用户的频谱检测结果及自身信噪比按照自适应融合判断准则选取参与协作的最佳协作认知用户，以在降低融合计算量的同时提高检测概率；根据选取的最佳协作认知用户的检测概率，以加权的OR准则协作后的全局检测概率作为联合频谱感知结果。该联合频谱感知方法既能自适应调整、获取能量检测判决的最优门限值，又能确定最佳协作认知用户、降低频谱感知融合中心融合计算量。

主权项

1.基于判决门限优化的联合频谱感知方法，其特征在于，依次包括如下步骤：(1)构建多用户联合频谱感知的认知无线网络模型，并设定认知无线网络中具有M个独立的认知用户、两个授权用户以及一个频谱感知融合中心；其中，认知用户标记为CRi，两个授权用户分别标记为PU1和PU2，频谱感知融合中心标记为FC；i＝1,2,…,M；(2)建立授权用户PU1与授权用户PU2之间的通信，授权用户PU1发送信号给授权用户PU2，并由各认知用户CRi对授权用户PU1发送的信号进行接收；(3)M个认知用户分别对授权用户PU1频谱进行自适应的本地能量检测，并分别将各自获取的频谱检测结果以及自身的信噪比发送至频谱感知融合中心FC，由频谱感知融合中心FC按照自适应融合判断准则选取参与协作的最佳协作认知用户；其中，频谱检测结果包括各认知用户对授权用户PU1频谱的检测概率和虚警概率；自适应融合判断准则的判断选取过程包括步骤(3‑1)至步骤(3‑7)：(3‑1)建立各认知用户CRi接收到授权用户PU1信号的信号接收模型；其中，认知用户CRi接收到授权用户PU1信号的模型如下：其中，xi(n)表示认知用户CRi检测到的信号，hi表示认知用户CRi接收授权用户PU1信号的信道衰落系数，s(n)表示授权用户PU1发送的信号，vi(n)表示零均值的高斯白噪声；H0表示授权用户PU1频谱处于空闲状态，H1表示授权用户PU1频谱处于占用状态；(3‑2)构建联合频谱感知的全局错误检测概率Pe，建立关于门限的能量检测优化函数γ*，并以能量检测优化函数γ*取得最小值时对应的门限值作为能量检测的最优门限值γopt；其中，联合频谱感知的全局错误检测概率定义为Pe：其中，为授权用户PU₁处于空闲状态H₀的概率，为授权用户PU₁处于占用状态H₁的概率；P_f为全局虚警概率，P_d为全局检测概率，P_m为全局漏检概率；为M个认知用户的平均信噪比，Q(z)表示正态高斯互补积分函数；其中，SNR_i为认知用户CR_i自身的信噪比；关于门限的能量检测优化函数γ*定义为：能量检测的最优门限值γopt为：γ为能量检测的门限值，为高斯白噪声的方差；(3‑3)频谱感知融合中心FC根据各认知用户获取的能量统计值yi,k，获取联合能量统计值Y；其中，认知用户CRi的能量统计值yi,k以及联合能量统计值Y的计算公式如下：其中，i表示第i个认知用户CRi的编号，i＝1,2,…,M，N表示所接收信号xi(n)的采样个数，yi,k表示所接收信号的能量统计值；(3‑4)根据所得能量检测的最优门限值γopt，构建针对所接收信号的自适应能量检测模型，并获取各认知用户的检测概率和虚警概率；其中，所接收信号的自适应能量检测模型如下：其中，Y′i,k计算公式如下：其中，Pf,i表示认知用户CRi的虚警概率，Pd,i表示认知用户CRi的检测概率；(3‑5)频谱感知融合中心FC根据M个认知用户发送的频谱感知结果，统计M个认知用户中感知到授权用户PU1频谱为占用状态的认知用户数目为m、感知到授权用户PU1频谱为空闲状态的认知用户数目为M‑m；其中，授权用户PU1频谱为占用状态记为H1，授权用户PU1频谱为空闲状态记为H0；1≤m≤M；(3‑6)频谱感知融合中心FC根据M个认知用户发送的信噪比，计算m个感知到授权用户PU1频谱为占用状态H1的认知用户诚信系数κ1,j以及M‑m个感知到授权用户PU1频谱为空闲状态H0的认知用户诚信系数κ2,t；其中，诚信系数κ1,j以及κ2,t的计算公式如下：(3‑7)频谱感知融合策中心FC根据m个认知用户的各自感知结果以及诚信系数κ_1,j，分别计算授权用户PU₁频谱为占用状态H₁的平均检测概率全局检测概率和此占用状态H₁对应的全局漏检概率以及授权用户PU₁的频谱为空闲状态H₀的平均检测概率全局检测概率此空闲状态H₀对应的全局漏检概率和全局虚警概率获取参与协作感知的最佳协作认知用户；其中，该过程包括如下步骤(3‑71)至步骤(3‑76)：(3‑71)计算授权用户PU₁频谱为占用状态H₁的平均检测概率以及授权用户PU₁频谱为占用状态H₀的平均检测概率其中，平均检测概率和计算公式分别如下：(3‑72)根据所得授权用户PU₁频谱为占用状态H₁的平均检测概率以及m个认知用户的诚信系数κ_1,j，计算授权用户PU₁频谱为占用状态H₁的全局检测概率和此占用状态H₁对应的全局漏检概率其中，全局检测概率和全局漏检概率计算公式如下：(3‑73)根据所得授权用户PU₁频谱为空闲状态H₀的平均检测概率以及M‑m个认知用户的诚信系数κ_2,t，计算授权用户PU₁频谱为空闲状态H₀的全局检测概率和此空闲状态H₀对应的全局漏检概率全局虚警概率其中，全局检测概率和全局虚警概率的计算公式分别如下：(3‑74)频谱感知融合中心FC根据授权用户PU₁频谱为占用状态H₁对应的全局漏检概率以及授权用户PU₁频谱为空闲状态H₀对应的全局虚警概率建立基于认知用户数目的频谱感知误差函数Fun(m)；其中，频谱感知误差函数Fun(m)计算公式如下：其中，Ppu表示授权用户PU1信号在其授权频谱出现的概率；(3‑75)计算频谱感知误差函数Fun(m)的频谱感知误差最小值Fun(m0)，并以该频谱感知误差函数最小值Fun(m0)对应的数值m0作为参与协作感知的最佳协作认知用户数目，并对m个认知用户按照其对应的信噪比值snri进行降序排列，得到m个认知用户的降序排列组；m0≤m；(3‑76)选取认知用户降序排列组中的前m0个认知用户作为参与协作感知的最佳协作认知用户；其中，分别标记选取的最佳协作认知用户为CR'r，r＝1,2,…,m0；(4)根据步骤(3)中m0个最佳协作认知用户CR'r的检测概率，以加权的OR准则协作后的全局检测概率作为M个认知用户联合频谱感知结果；其中，加权的OR准则如下：其中，Pd,r为最佳协作认知用户CR'r的检测概率，Pfa,r为最佳协作认知用户CR'r的虚警概率；Qd为协作检测后的全局检测概率，Qfa为协作检测后的全局虚警概率；m0为协作认知用户的数目；ωr为最佳协作认知用户CR'r的加权系数。