[发明专利]噪声不确定下基于进化博弈论的认知用户间协作检测方法

摘要

本发明公开了一种噪声不确定下基于进化博弈论的认知用户间协作检测的方法。该方法采用进化博弈论算法让认知用户动态地选择是否参加协作检测，通过不断的迭代学习，达到一个进化稳定策略（ESS）。首先我们把所有的认知用户看作一个整体参与博弈，通过进化博弈论算法，得到参与协作的认知用户的平均吞吐量和所有认知用户的平均吞吐量，比较这两个平均吞吐量，如果相等就得到最终的进化稳定策略。如果不相等，通过迭代公式，求得它们新的平均吞吐量，直到达到相等为止。本发明通过动态的学习算法让认知用户选择性地参与协作能很好地降低检测功耗，提高整体用户的吞吐量和系统的检测性能。

主权项

一种噪声不确定下基于进化博弈论的认知用户间协作检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)、设定认知无线电系统中的噪声不确定度L；具体如下：在噪声不确定的认知无线电环境中，用户预估噪声能量为其中，σ2为噪声的平均能量，为噪声不确定下的噪声能量，α表示噪声不确定因子，用分贝表示噪声不确定：L＝10log10α，α在区间[10‑L/10,10L/10]均匀分布，α的概率密度函数f(t)使用以下公式进行计算：其中，t表示自变量，e是自然对数的底数；步骤2)、确定噪声不确定系统中认知用户基于能量检测的检测概率和虚警概率；具体如下：步骤2.1)、噪声不确定下能量检测的模型为：其中，ν(n)表示噪声信号，s(n)表示授权用户信号，H0表示授权用户PU没有在使用通讯，H1表示授权用户PU正在占用通道，y(n)表示认知用户检测到的信号；对信号y(n)进行模拟/数字采样，将采样后的信号利用快速傅氏变换FFT转换为频域信号，再对频域信号求模平方，得到PU信号的能量检测结果，能量检测值表示为：n表示第n个抽样点，N表示抽样的数目，μ2表示能量检测值；步骤2.2)、确定检测概率和虚警概率；结合步骤1和步骤2.1，得到噪声不确定下能量检测的平均虚警概率Pf‾=Pr(μ2>λ|H0)=∫10-L/1010L/10Q((λy-1)2N)5Lyln10dy]]>平均检测概率为：Pd‾=Pr(μ2>λ|H1)=∫10-L/1010L/10Q(λy-(1+γy)(2γ2y2+γy+1)/2N)5Lyln10dy]]>其中，λ为门限值且是用于判断比较PU是否在占用频带，γ为主用户信号在次级用户接收端的平均信噪比，y表示自变量；Q(x)函数为x表示自变量；步骤3)、采用进化博弈论对协作频谱检测进行优化；所述协作频谱检测是在进行数据传输前，多个次级用户检测PU的活动，通过一个窄带信号信道分享它们的检测结果；所述进化博弈论是将频谱检测看作一个非合作博弈，所有认知用户都作为博弈的参与者，用S＝{s1.....sz}表示，S表示认知用户的合集，sk表示S中任意一个认知用户，且1≤k≤z，k为整数，|S|表示认知用户的总数目，每个认知用户都有两种决策选择{C，W}，C表示该用户愿意去进行频谱检测，W表示等待其它检测的结果，不去参与频谱检测；步骤4)、确定用户的吞吐量；参与博弈的用户的费用函数就是认知用户的吞吐量，将愿意去参加频谱检测的用户用Sc＝{s1.....sp}表示，Sc表示愿意参与频谱检测的认知用户的合集，|Sc|表示愿意参与协作频谱检测的用户的数目，假设Sc中的一个用户为sq，且1≤q≤p，q为整数，那么sq的吞吐量RC表示为：RC=(1-τ|Sc|T)(1-P^f)C0P(H0)]]>其中，吞吐量中的T表示一个时隙的帧长，τ表示检测的时间，P(H0)表示PU不在占用频带的概率，是对所有参与协作的认知用户的检测结果进行或融合算法后得到的一个虚警概率，表示第b个参与频谱检测的认知用户的平均虚警概率，b表示第b个参与协作频谱检测的用户，所述或融合算法是只要有一个认知用户检测到授权用户的信号时，系统就会认为该频段正被授权用户使用，C0表示PU不在占用频谱的情况下认知用户的吞吐量；当用户sj∈S，即用户sj不愿意参与协作检测，它的吞吐量RW表示为：步骤5)、进行进化博弈论分布式计算；步骤5.1)、设定目标检测概率，由步骤2中得到的公式：求得门限值λ，将求得的门限值λ代入以下步骤2中得到的公式：求得平均虚警概率步骤5.2)、设初始的迭代次数m为1；步骤5.3)、设定认知用户sq去参与协作频谱感知的概率为xm，获得参与协作检测的用户的数目为|Sc|＝|S|xm；根据步骤4)中得到通过协作频谱检测的虚警概率把代入公式求得第m次迭代su参与协作频谱检测时的吞吐量将代入公式求得第m次迭代su不参与协作频谱检测时的吞吐量步骤5.4)：根据步骤5.3得到的和进而计算得到：xi表示认知用户第i次迭代时愿意参与协作检测的概率，m表示迭代次数，R1表示认知用户su进行m次迭代后的参与协作频谱检测的吞吐量，R2表示认知用户su进行m次迭代后的平均吞吐量；步骤5.4)：当R1＝R2，这个xi就是用户参与协作频谱检测的最佳概率；否则，当R1≠R2，将得到的R1和R2代入迭代式xi+1＝xi+3(R1‑R2)xi，得到新的概率xi+1，m＝m+1；返回步骤5.3)。