[发明专利]多频段协作认知频谱感知方法

摘要

本发明涉及多频段协作认知频谱感知方法，用于主用户、N个次用户以及频谱感知融合中心形成的认知无线网络并对认知无线网路中的M个授权频段协作感知，各次用户针对各授权频段检测，通过各次用户实时发送给频谱感知融合中心的检测结果及各次用户的权重系数，筛选出参与协作检测的协作次用户集合；针对协作次用户集合中的协作次用户分簇，计算簇内各协作次用户基于即时速度值和即时速度方向的函数关系方程和影响因子，并以具有最小信噪比的次用户作为簇内频谱感知融合中心，得到各分簇内的簇内协作检测概率和簇内协作虚警概率；计算各分簇所对应的协作贡献系数准确得到所有次用户针对多频段的最终检测概率和最终虚警概率。

主权项

1.多频段协作认知频谱感知方法，用于主用户、N个次用户以及频谱感知融合中心形成的认知无线网络并对认知无线网路中的M个授权频段协作感知，其特征在于，依次包括如下步骤：步骤1，N个次用户实时获取自身的即时位置、信噪比、即时速度值、即时速度方向的偏移角，各次用户按照各自的预设检测周期对M个授权频段中的授权频段j的占用情况依次分别作能量检测，然后将获取的即时位置、检测概率、虚警概率以及自身信噪比发送给频谱感知融合中心，并由频谱感知融合中心发送其位置给各次用户；其中：第i个次用户标记为CR_i，即时速度方向的偏移角为次用户当前前进方向偏离该次用户初始速度方向的偏离角度，次用户CR_i自身的信噪比记为SNR_i，次用户CR_i的即时位置标记为次用户CR_i的即时速度值标记为v_i，次用户CR_i的即时速度方向的偏移角标记为θ_i，次用户CR_i的预设检测周期记为次用户CR_i对授权频段j的检测概率为P_d(CR_i,j)，次用户CR_i对授权频段j的虚警概率为P_f(CR_i,j)，i＝1,2,…,N，N≥3；j＝1,2,…,M，M≥2；频谱感知融合中心标记为FC；步骤2，各次用户判断在其对应的一个预设检测周期内，如果次用户当前时刻获取的检测概率与前一时刻获取的检测概率不一致时，则该次用户发送当前时刻的检测结果给频谱感知融合中心，以更新对应次用户在频谱感知融合中心处的检测概率和虚警概率；否则，该次用户在当前的预设检测周期内不再发送检测结果给频谱感知融合中心；步骤3，频谱感知融合中心预设协作次用户筛选阈值，并根据N个次用户所发送来的信噪比，计算各次用户对应的信噪比在N个次用户的信噪比集合中的权重系数ωi；其中，预设协作设次用户筛选阈值记为ω0，次用户CRi所对应信噪比的权重系数ωi的计算公式如下：步骤4，频谱感知融合中心根据预设协作次用户筛选阈值以及各次用户对应信噪比的权重系数情况，筛选出参与协作检测的协作次用户：当次用户所对应信噪比的权重系数大于预设协作次用户筛选阈值ω0时，则选择该次用户参与协作检测，并置入协作次用户集合S中；否则，频谱感知融合中心拒绝该次用户参与协作检测；其中，设定协作次用户集合S中的次用户的总数目为N1；步骤5，在协作次用户集合S中，预设M₁个按照升序排列的分簇阈值λ_e，频谱感知融合中心根据协作次用户集合S中各协作次用户发送来的信噪比分别与各分簇阈值作判断比较，以得到M₁个独立分簇；其中，e＝1,2,…,M₁且分簇标记为C_L，L＝1,2,…,M₁，M₁≥2；频谱感知融合中心FC对各协作次用户的分簇过程包括如下步骤5‑1至步骤5‑2：步骤5‑1，根据M₁个分簇阈值，设定M₁+1个分簇区间段分别为和位于第一分簇内的协作次用户对应的信噪比处于[‑∞,λ₁)区间段内，位于第二分簇内的协作次用户对应的信噪比处于[λ₁,λ₂)区间段内，依次类推，位于第M₁分簇内的协作次用户对应的信噪比处于区间段内，位于第M₁+1分簇内的协作次用户对应的信噪比处于区间段内；步骤5‑2，频谱感知融合中心分别将协作次用户集合S中各协作次用户对应的信噪比与M1+1个分簇区间段比较，以判决各协作次用户所处的分簇区间段：当协作次用户的信噪比处于分簇区间段[‑∞,λ₁)时，则不准该协作次用户参与协作检测；当协作次用户的信噪比处于分簇区间段时，则将该协作次用户归入第M₁个分簇中参与协作检测；步骤6，在M1个分簇内，选择各分簇内具有最小信噪比的协作次用户作为该分簇的簇内感知融合中心，从而得到M1个簇内感知融合中心；步骤7，针对M1个分簇，依次得到各分簇内的簇内协作检测概率和簇内协作虚警概率，并由各分簇的簇内感知融合中心分别发送对应的簇内协作检测概率和簇内协作虚警概率给频谱感知融合中心FC；各分簇的簇内频谱感知融合检测过程包括如下步骤7‑1至步骤7‑4：步骤7‑1，在一个分簇C_L内，协作次用户CR_m根据预设检测周期即时速度值v_m以及即时速度方向的偏移角θ_m，得到协作次用户CR_m至频谱感知融合中心FC实时距离△d_m之间的函数关系方程；其中：其中，表示协作次用户CR_m的预设检测周期；表示协作次用户CR_m初始位置至频谱感知融合中心FC的距离；步骤7‑2，根据协作次用户CR_m与频谱感知融合中心FC间的实时距离△d_m以及协作次用户CR_m的累计移动时间T_m，得到协作次用户CR_m在累计运动时间T_m内的平均速度值并将该平均速度值发送给该簇C_L的簇内感知融合中心；协作次用户CR_m的平均速度值计算如下：步骤7‑3，协作次用户CRm所处簇CL的簇内感知融合中心根据簇内各协作次用户发送来的平均速度值，依次计算各协作次用户的速度对自身检测结果的影响因子κm；其中，协作次用户CRm所对应影响因子κm的计算如下：其中，m_L表示该协作次用户所处簇C_L内的所有协作从用户的总数目，表示该簇C_L内所有协作次用户的平均速度值中的最大值，表示该簇C_L内所有协作次用户的平均速度值中的最小值；θ_k表示簇C_L内第k个协作次用户CR_k的即时速度的偏移角；步骤7‑4，根据所得簇CL内各协作次用户对应的影响因子以及各协作次用户的检测结果，由该簇CL内的簇内感知融合中心对簇内协作次用户的检测结果融合，以得到该簇内所有协作次用户针对授权频段j的簇内协作检测概率以及针对授权频段j簇内协作检测的虚警概率；簇内协作检测概率标记为Qd(CL,j)，簇内协作虚警概率标记为Qf(CL,j)，其中：簇内协作检测概率簇内协作虚警概率Pd(CRk,j)表示该簇CL内的第k个协作次用户CRk对授权频段j的检测概率，Pf(CRk,j)表示该簇CL内的第k个协作次用户CRk对授权频段j的虚警概率；；步骤8，频谱感知融合中心根据M1个分簇对应的簇内协作次用户的信噪比，分别得到各分簇的协作贡献系数δL；其中，各分簇对应的协作贡献系数δL计算公式如下：m_L表示第L个分簇C_L内所有协作次用户的总数目，表示第L分簇C_L内的第k个协作次用户对应的信噪比；步骤9，频谱感知融合中心根据各分簇的协作贡献系数δL，得到N个次用户针对授权频道j的最终检测概率和最终虚警概率；其中，N个次用户针对授权频段j的最终检测概率标记为QD(j)、最终虚警概率标记为QF(j)：步骤10，按照步骤1至步骤9的协作检测方法，依次对剩余M‑1个授权频段的占用情况进行检测，从而完成对M个授权频段的多频段协作认知频谱感知。