1.认知无线电频谱感知动态判决方法,用于授权主用户、频谱感知融合中心以及N个次用户形成的认知无线电网络中,其特征在于,依次包括如下步骤1至步骤9:步骤1,N个次用户分别获取自身初始位置到授权主用户位置的距离值,并同时实时获取各次用户自身的信噪比、即时速度值、即时速度的方向角度值,并分别对授权主用户的频谱占用情况进行能量检测,然后由各次用户将检测结果以及自身信噪比分别发送给频谱感知融合中心;其中:即时速度的方向角度值为次用户前进方向偏离该次用户初始位置至主用户位置连线的偏离角度,第i个次用户标记为CRi,i=1,2,…,N,N≥3,次用户CRi自身的信噪比记为SNRi,次用户CRi的即时速度值标记为vi,次用户CRi的即时速度的方向角度值标记为θi;授权主用户标记为PU,频谱感知融合中心标记为FC;次用户CRi自身初始位置到授权主用户位置的距离值标记为di;
步骤2,频谱感知融合中心预设协作次用户筛选信誉指数阈值,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所有N个次用户信噪比集合中的信誉指数ωi;其中,预协作设次用户筛选信誉指数阈值标记为ω0,次用户CRi所对应信噪比的信誉指数ωi的计算公式如下:其中,SNRmax为N个次用户信噪比值中的最大信噪比值,SNRmin为N个次用户信噪比值中的最小信噪比值;
步骤3,频谱感知融合中心根据预设协作次用户筛选信誉指数阈值以及各次用户对应的信誉指数情况,筛选出参与协作检测的主协作次用户集合以及辅助协作次用户集合:当次用户所对应的信誉指数大于预设次协作用户筛选信誉指数阈值ω0时,则选择该次用户参与协作检测,并置入主协作次用户集合S1中;否则,则将该次用户作为参与协作检测的辅助协作次用户,并置入辅助协作次用户集合S2中;
其中,在主协作次用户集合S1中,设定作为参与协作检测的次用户的总数目为N1;在辅助协作次用户集合S2中,设定作为参与协作检测的辅助协作次用户的总数目为N2,且N1+N2=N;
步骤4,在主协作次用户集合S1中,再次预设M个按照升序排列的分簇阈值λj,频谱感知融合中心根据主协作次用户集合S1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个独立的含有协作次用户的分簇;j=1,2,…,M且λ1<λ2<…<λM;分簇标记为Cl,l=1,2,…,M1,1≤M1≤M;其中,频谱感知融合中心对各协作次用户的分簇过程包括如下步骤4-1至步骤4-2:步骤4-1,根据M个分簇阈值,设定M+1个分簇区间段分别为[-∞,λ1)、[λ1,λ2)、…、[λM-1,λM)和[λM,∞);其中,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M分簇内的协作次用户对应的信噪比处于[λM-1,λM)区间段内,位于第M+1分簇内的协作次用户对应的信噪比处于[λM,∞)区间段内;
步骤4-2,频谱感知融合中心分别将主协作次用户集合S1中各协作次用户对应的信噪比与M+1个分簇区间段进行比较,以判决各协作次用户所处的分簇区间段;其中:当协作次用户的信噪比处于分簇区间段[-∞,λ1)或者[λM,∞)时,则不准该协作次用户参与协作检测,并将该协作次用户置入步骤3所述的辅助协作次用户集合S2中;
步骤5,在含有协作次用户的M1个分簇内,按照协作次用户对应信噪比从大到小的顺序,选择各分簇内具有最大信噪比的协作次用户作为该分簇的簇首次用户,并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个簇首次用户以及对应的M1个簇内感知融合中心;其中,M1≤M+1;
步骤6,针对M1个分簇,依次得到各簇内的簇内协作检测概率和簇内协作虚警概率,并由各簇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;其中,各簇内频谱感知融合检测过程包括如下步骤6-1至步骤6-4:步骤6-1,在一个分簇Cl内,协作次用户CRm根据实时检测的检测时间间隔值△tm、即时速度值vm以及即时速度的方向角度值θm,得到协作次用户CRm与授权主用户的实时距离△dm之间的函数关系方程;其中:其中,△tm表示协作次用户CRm前后两次实时检测的检测时间间隔值; 表示协作次用户CRm初始位置至频谱感知融合中心FC的距离;
步骤6-2,根据协作次用户CRm与授权主用户PU间的实时距离△dm以及协作次用户CRm的累计移动时间Tm,得到协作次用户CRm在累计运动时间Tm内的平均速度值 并将该平均速度值 发送给该簇Cl的簇内感知融合中心;协作次用户CRm的平均速度值 计算如下:步骤6-3,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动态影响因子κm;协作次用户CRm所对应动态影响因子κm的计算如下:其中,M2表示该协作次用户所处簇Cl内的所有协作从用户的总数目, 表示该簇Cl内所有协作次用户的平均速度值中的最大值, 表示该簇Cl内所有协作次用户的平均速度值中的最小值;
步骤6-4,根据所得簇Cl内各协作次用户对应的动态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的簇内协作检测概率和簇内协作检测的虚警概率;其中,簇内协作检测概率标记为Qd,l,簇内协作虚警概率标记为Qf,l,其中:簇内协作检测概率 簇内协作虚警概率 l=1,
2,…,M1,1≤M1≤M;
步骤7,根据辅助协作次用户集合S2中的各辅助协作次用户所对应的信噪比和检测概率,得到该辅助协作次用户集合S2中的辅助协作协作检测概率和辅助协作协作虚警概率,并发送辅助协作协作检测概率和辅助协作协作虚警概率给频谱感知融合中心;辅助协作协作检测概率标记为 辅助协作协作虚警概率标记为 其中,辅助协作次用户集合S2中的协作检测概率的计算过程包括如下步骤(a)至步骤(b):(a)设定关于决策门限的能量检测优化函数方程ξ,并根据能量检测优化函数方程ξ得到能量检测的最佳门限值;其中:关于决策门限的能量检测优化函数方程ξ定义为:
能量检测的最佳门限值ξopt为:
其中, 表示为高斯噪声的噪声方差, 为主用户PU的授权频段处于空闲状态H0的概率, 为主用户PU的授权频段处于占用状态H1的概率,(b)根据所得能量检测的最佳门限值ξopt,得到授权主用户的频谱为占用状态H1的平均检测概率 并以所得该平均检测概率 作为辅助协作次用户集合S2的辅助协作协作检测概率;其中:Pm=1-Pd;
其中, 为授权主用户PU的频谱处于空闲状态H0的概率, 为授权主用户PU的频谱处于占用状态H1的概率,Pf为辅助协作次用户集合S2内所有辅助协作次用户的协作虚警概率,Pd为辅助协作次用户集合S2内所有辅助协作次用户的协作检测概率,Pm为辅助协作次用户集合S2内所有辅助协作次用户的协作漏检概率; 为辅助协作次用户集合S2内所有协作次用户对应信噪比的平均值,Q(z)表示正态高斯互补积分函数;
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以及辅助协作次用户集合S2内所有辅助协作次用户的信噪比,分别得到M1个分簇的主协作贡献系数δl以及辅助协作次用户集合S2的辅助协作贡献系数δS2;其中:M1个分簇各自对应的主协作贡献系数
辅助协作次用户集合S2的辅助协作贡献系数 ml表示第l个分
簇内所有协作次用户的总数目,N2表示辅助协作次用户集合S2内所有辅助协作次用户的总数目;SNRl,r表示第l个分簇内第r个协作次用户对应的信噪比;SNRq表示辅助协作次用户集合S2内第q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主协作贡献系数δl以及辅助协作次用户集合所对应的辅助协作贡献系数δS2,得到动态判决后的N个次用户的最终协作检测概率;其中,N个次用户的最终协作检测概率标记为QD:其中,M1表示在主协作次用户集合S1中含有协作次用户的分簇数目。