1.协同认知无线网络主用户信号归一化能量检测方法,用于主用户、频谱感知融合中心以及M个次用户所形成的协同认知无线网络中,其特征在于,依次包括如下步骤:步骤1,在M个次用户中,以其中一个次用户CRi作为起始用户,构建自身针对主用户授权频段占用情况的检测模型;其中,针对主用户授权频段的检测模型如下:其中,Y(n)为次用户接收到的信号,X(n)为主用户的信号,W(n)为噪声信号,n=1,
2,…,N,N为取样数目;i=1,2,…,M;M≥3;
步骤2,该次用户CRi依据已构建的检测模型,对主用户授权频段上的信号进行检测,得到关于能量检测的能量检测统计量;其中,能量检测统计量设置如下:Ti为次用户CRi得到的能量检测统计量;
步骤3,剩余M-1个次用户根据步骤1至步骤2的方法,依次得到各自对应的能量检测统计量,并由M个次用户分别将各自得到的能量检测统计量以及各自的信噪比分别发送给频谱感知融合中心;
步骤4,频谱感知融合中心根据各次用户所发送来的信噪比,分别对M个次用户进行分簇,以分别得到、获取参与协同的主协同次用户集合以及辅助协同次用户集合;其中,主协同次用户集合和辅助协同次用户集合的获取过程包括如下步骤4-1至步骤4-3:步骤4-1,频谱感知融合中心根据接收的M个次用户所对应的信噪比,计算各次用户对应的信噪比在所有M个次用户信噪比集合中的权值ωi;其中,次用户CRi所对应信噪比的权值ωi计算如下:步骤4-2,频谱感知融合中心根据预设协同次用户筛选阈值以及各次用户对应信噪比的权值情况,筛选出参与协同检测的主协同次用户集合以及辅助协同次用户集合:当次用户所对应信噪比的权值大于或者等于预设协同次用户筛选阈值ω0时,则选择该次用户参与协同检测,并置入主协同次用户集合S1中;否则,则将该次用户作为参与协同检测的辅助协同次用户,并置入辅助协同次用户集合S2中;
其中,在主协同次用户集合S1中,设定最终作为参与协同检测的次用户的总数目为M1;
在辅助协同次用户集合S2中,设定最终作为参与协同检测的辅助协同次用户的总数目为M2,且M1+M2=M;
步骤4-3,在主协同次用户集合S1中,预设M3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同次用户集合S1中各协同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M3个独立的含有协同次用户的分簇;j=1,2,…,M3且 分簇标记为Cl,l=1,2,…,M3+1,1≤M3≤M;其中,频谱感知融合中心对各协同次用户的分簇过程包括如下步骤4-31和步骤4-33:步骤4-31,根据M3个分簇阈值,设定M3+1个分簇区间段分别为
和 其中,位于第一分簇内的协同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同次用户对应的信噪比处于(λ1,λ2]区间段内,依次类推,位于第M3分簇内的协同次用户对应的信噪比处于 区间段内,位于第M3+1分簇内的协同次用户对应的信噪比处于 区间段内;
步骤4-32,频谱感知融合中心分别将主协同次用户集合S1中各协同次用户对应的信噪比与M3+1个分簇区间段比较,以判决各协同次用户所处的分簇区间段;其中,当协同次用户的信噪比处于分簇区间段(-∞,λ1]或者 时,则不准该协同次用户参与协同检测;
步骤4-33,在含有协同次用户的M4个分簇内,按照协同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同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同次用户作为该分簇的簇内感知融合中心,从而得到M4个簇首次用户以及对应的M4个簇内感知融合中心,M4≤M3+1;
步骤5,频谱感知融合中心根据M4个分簇对应的簇内协同次用户的信噪比以及辅助协同次用户集合S2内所有辅助协同次用户的信噪比,得到M4个分簇对应的主协同贡献系数δl以及辅助协同次用户集合S2的辅助协同贡献系数 其中:M4个分簇各自对应的主协同贡献系数
辅助协同次用户集合S2的辅助协同贡献系数
其中, 表示第l个分簇Cl内的第r个协同次用户CRr的信噪比,ml表示第l个分簇Cl内所有协同次用户的总数目且ml≠M4,M2表示辅助协同次用户集合S2内所有辅助协同次用户的总数目;
步骤6,频谱感知融合中心根据步骤3中各次用户发送来的能量检测统计量情况以及步骤5中的分簇情况,搜索得到各分簇内的次用户列表;
步骤7,频谱感知融合中心根据得到的各分簇所对应的次用户列表以及步骤5中所对应的主协同贡献系数、辅助协同贡献系数,得到主协同次用户集合以及辅助协同次用户集合所对应的所有次用户的归一化能量检测统计量;其中,归一化能量检测统计量计算如下:其中, 表示第l个分簇Cl内的第r个协同次用户对应的能量检测统计量,Tq表示辅助协同次用户集合S2内的第q个辅助协同次用户对应的能量检测统计量;
步骤8,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;
步骤9,频谱感知融合中心获取得到关于决策门限的能量检测优化函数ξ、对应能量检测的最优门限值ξopt以及步骤7中得到的归一化能量检测统计量T',计算主用户的授权频段为占用状态H1的检测概率Pd,并以所得到的该检测概率Pd作为M个次用户的最终协同检测概率;其中:Qd=Pd;
其中,Pf为主用户的授权频段为占用状态H1的虚警概率,Pd为主用户的授权频段为占用状态H1的检测概率; 为M个次用户所对应信噪比的平均值,Q(z)表示正态高斯互补积分函数,Qd表示M个次用户的最终协同检测概率。