1.一种基于授权用户发射机传输模式分类的频谱感知方法,其特征在于,首先,将目标地理区域划分为Q个相同大小的网格;其次,选择机器学习中的定向梯度直方图(Histograms of Oriented Gradient,HOG)和支持向量机(Support Vector Machine,SVM)相结合的方法获得目标地理区域内N个主用户发射机(primary user transmitter,PUT)对应的传输模式类别,从而确定处于开启状态的PUT;最后,利用次级用户(Secondary User,SU)与处于开启状态的各个PUT之间的距离,获得对授权频段(Licensed Frequency Band,LFB)的可用性标签,以此决定SU选择LFB接入方式:①能接入LFB;②不能接入LFB;③不确定,即SU需要通过信号检测方式进一步判断是否可接入LFB。
2.根据权利要求1所述的一种基于授权用户发射机传输模式分类的频谱感知方法,其特征在于,该方法具体包括以下步骤:S1:将认知无线电网络范围内的地理区域划分为Q=O*P个同等大小的局部区域网格,网格地理位置索引为(o,p),o=1,2,...,k,...,O,p=1,2,...,P;假设在目标区域中存在N个PUT,SU处于目标区域中的任何一个网格中;
S2:目标地理区域中的网格根据其与活跃PUT之间的距离,将目标地理区域划分为三类区域:1)以活跃PUT为圆心、Du为半径的PUR分布区域,在此区域内的SU禁止接入LFB通信,对LFB的接入许可标签设定为1;2)以活跃PUT为圆心、Dp为半径的圆外区域,在此区域内的SU能随时接入LFB通信,接入许可标签设定为-1;3)以活跃PUT为圆心、夹在Du和Dp之间的环形区域,在此区域内的SU需要采用具体的信号检测方式确定PU是否占用LFB,接入许可标签设定为0;
S3:预先部署数量足够多的SU到网络中的不同网格,将SU获得的频谱观测数据按其所在的网格位置索引(o,p),o=1,2,...k,...,O,p=1,2,...,P组成能量值矩阵,表示为:其中,Zop表示在(o,p)网格位置上的SU获得的能量值;
在足够长的时间内,共得T个频谱观测能量值矩阵,构成训练数据集,表示为训练数 据集 Θ T对 应的 PU T传 输模式 标 签集 为其中
S4:将步骤S3中获得的能量值矩阵集ΘT和对应的PUT传输模式标签集LT作为机器学习分类算法的训练数据和训练标签,完成PUT传输模式分类器PUT_Classifier的模型训练,从下一步开始进行频谱感知;
S5:利用与步骤S3中相同的、预先部署的足够多的SU所获得的当前m时刻的能量值矩阵Ym和步骤S4中训练的PUT传输模式分类器PUT_Classifier,得到当前m时刻对应的PUT传输模式标签 其中, 表示当前m时刻第n个PUT对应的工作状态,传输N
模式标签 共有2种可能;
S6:当判断出PUT传输模式标签 后,第q个网格内的SU根据其与处于开启状态的各个PUT之间的距离,按下式计算,并由此判断第q个网格内的SU对于LFB的可接入性标签其中,‖·‖0为l0范数,Dn,q为第n个PUT到第q个网格内SU的距离, 的取值为1/0/-1时,分别表示第q个网格内的SU禁止接入LFB、SU需要进一步确定是否能接入LFB、SU能自由接入LFB;
S7:设定UpdateCounter为距离上次更新PUT传输模式标签的计数器,设置一个计数时间的上限值 若 则需要重新获得PUT传输模式标签 即执行步骤S5,并将UpdateCounter清零;若 则认为此时PUT传输模式没有发生变
化,不需要更新PUT传输模式标签,UpdateCounter继续计数;
S8:根据步骤S7的结果,若有新的感知需求,执行步骤S6。
3.根据权利要求2所述的一种基于授权用户发射机传输模式分类的频谱感知方法,其特征在于,所述步骤S3或S5中,SU获得的接收信号能量值需要按其所在网格对应的地理位置为索引,组成能量值矩阵作为训练集数据和测试集数据。
4.根据权利要求2所述的一种基于授权用户发射机传输模式分类的频谱感知方法,其特征在于,所述步骤S3或S5中,对于能量值矩阵,选择仅使用其中的部分网格对应的能量值组成能量值矩阵,除此之外对应的网格能量值为0;或者选择全部网格的能量值。
5.根据权利要求2所述的一种基于授权用户发射机传输模式分类的频谱感知方法,其特征在于,所述步骤S3中,第n个PUT的传输模式包括开启状态sn=1和关闭状态sn=0,对应的N个PUT共有2N种PUT传输模式,即
6.根据权利要求2所述的一种基于授权用户发射机传输模式分类的频谱感知方法,其特征在于,所述步骤S3中,如果Yt*中对应的能量值Zop=0,是由于对应的(o,p)网格内缺少预先部署的SU,上报的频谱观测数据设置为0。
7.根据权利要求2所述的一种基于授权用户发射机传输模式分类的频谱感知方法,其特征在于,所述步骤S7中,UpdateCounter上限值 根据PUT状态变化快慢的规律而设;若在同一时刻或相差很短的时间内存在有感知需求的SU,则不需要重复执行步骤S5,即假设PUT的传输模式在预定的短时间内未发生变化。
8.根据权利要求2所述的一种基于授权用户发射机传输模式分类的频谱感知方法,其特征在于,所述频谱感知方法中利用的PUT_Classifier选择使用HOG+SVM的分类器或其他监督型的机器学习分类器;其中HOG+SVM分类器是获得Yt*的HOG特征,然后将HOG特征和PUT传输模式标签作为训练集数据和标签训练多分类的SVM,得到PUT传输模式分类器PUT_Classifier。