[发明专利]信息素驱动的分布式协同宽带频谱感知方法

权利要求书

1.信息素驱动的分布式协同宽带频谱感知方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤(1)、利用滤波器组将每个节点的宽带信号分割为多个窄带信号的信道，其中宽带信号中含有PU信息，PU信息被随机分割到窄带信号的信道；

步骤(2)、用一个CU感知一个节点，对某一节点的每个信道的窄带信号采用能量检测，得到该节点每个信道的判决统计量和判决结果；

步骤(3)、利用CU感知不同节点对应序号的信道两两交互感知信息，根据融合规则调整信息素，直至得到最终融合判决结果；

步骤(1)具体是假设输入信号为x(n)，原型滤波器响应为h(n)，总的子信道数为D；将x(n)通过滤波器组，得到D路子信道的输出为y_p(m)；

y_p(m)的具体产生方法如下：

其中，x_p(m)＝x(mD-p)为第p路子信道的输入信号，h_p(m)＝h(mD+p)为第p路子信道的滤波器响应，y_p(m)表示第p路子信道所有的输出信号；

步骤(2)具体是假定CU感知第l个节点的第p个子信道的信息为(T_p,l,D_p,l)，再结合公式(2)获取信息素，其中T_p,l和D_p,l分别为CU感知第l个节点第p个子信道的判决统计量和判决结果；

τ_p,l＝f(T_p,l,γ_p,l) (2)

所述的信息(T_p,l,D_p,l)的获取步骤具体如下：

能量法的检测统计量如下：

x_p,l(m)为CU感知第l个节点的第p个子信道的信号，其中为每个信道的样本数，N为总样本数，K为总节点数；

假设x_l(m)是CU感知第l个节点的接收信号，

假设H₀和H₁分别表示PU不存在和存在的情况；

在假设H₀下，由于接收信号只有噪声信号，故x_p,l(m)服从均值为0，方差为的复高斯分布；则x_l(m)也服从复高斯分布，其实部和虚部都服从均值为零，方差为的复高斯分布；其中，G表示滤波器组的处理增益，L为原型滤波器的长度；

在假设H₁下，由于接收信号中加入了PU信号，故x_p,l(m)服从均值为0，方差为的复高斯分布；则x_l(m)也服从复高斯分布，其实部和虚部均服从均值为零，方差为的复高斯分布；根据卡方分布的定义可知：T_p,l服从自由度为的中心卡方分布，式(3)可表示为如下形式：

其中，η为服从自由度为的中心卡方分布，即

当样本点数足够多时，根据中心极限定理可知，检测统计量T_p,l近似符合高斯分布：

则可推得虚警概率为：

由式(6)可知检测门限为：

判决结果如下：

其中D_p,l表示CU感知第l个节点的第p个子信道的判决结果；

步骤(3)具体是：

3.1参数初始化：令迭代次数N_c＝0，j＝1,l＝K，设置最大迭代次数N_max，信息素为τ_p,l＝f(T_p,l,γ_p,l)；

3.2循环次数N_c＝N_c+1；

3.3如果j≠l，则进行融合判决结果的累加，最后令j＝j+1；否则，直接令j＝j+1；

3.4如果j＞K，则令l＝l-1；否则，跳转至步骤3.3；

3.5如果l＜0，则进行信息素更新；否则跳转至步骤3.3；

3.6如果N_c≤N_max，则跳转至步骤3.2；直到N_c＞N_max结束循环；循环结束后根据判决规则输出最终融合判决结果；

步骤(3)CU感知第l个与第j个不同节点的相同信道并交互感知的信息，得到融合判决结果基于以下条件：为了减少相同节点间交互感知的概率，令l的取值从1开始逐个递增，j的取值从K开始逐个递减；

CU感知第l个与第j个不同节点的相同信道时，定义相关函数分别为R_p,l和R_p,j；

融合判决结果为D_p,l和D_p,j的可能性分别表示为P_p,l和P_p,j；

其中θ＞0为常数；

步骤(3)所述的融合判决结果的累加具体操作如下：

当P_p,l＞P_p,j时，融合判决结果为D_p,l，将用于融合判决结果的累加；

当P_p,j＞P_p,l时，融合判决结果为D_p,j，将用于融合判决结果的累加；

步骤(3)所述的信息素更新具体操作如下：

当D_p,l＝D_p,j时，重置τ_p,l＝τ_p,l(1+α×R_p,l×D_p,l×D_p,j)，且令τ_p,l＝τ_p,j；其中α是信息素的释放因子，用于调整信息素释放的速度；

当D_p,l≠D_p,j时，重置τ_p,l＝τ_p,l(1+α×R_p,l×D_p,l×D_p,j)，且令τ_p,l＝τ_p,j；

步骤(3)根据判决规则获得最终融合判决结果的具体操作如下：

CT0_p、CT1_p表示CU感知所有节点的第p个信道中PU不存在与存在的判决结果的累加值；

CT0_p＝CT0_p+D_p，- (13)

CT1_p＝CT1_p+D_p,+ (14)

其中，D_p，-和D_p，+分别表示CU感知所有节点的第p个信道的融合判决结果分别为1和-1的累计总数，可通过公式(8)可知；

最终融合判决结果的判决规则为：

当CT0_p＞CT1_p时，第p个信道的最终融合判决结果为PU不存在；

当CT1_p＞CT0_p时，第p个信道的最终融合判决结果为PU存在。