[发明专利]基于集成学习的全双工认知无线电网络合作频谱感知方法

权利要求书

1.一种基于集成学习的全双工认知无线电网络合作频谱感知方法，其特征是，所述全双工认知无线电网络中次用户具备同时进行频谱感知和数据传输的工作模式；所述合作频谱感知指网络中所有的次用户将本地的感知数据传输给数据融合中心统一做决策；

包括如下步骤：

步骤1：根据次用户的泊松点过程的分布，随机产生区域内各次用户的位置；

步骤2：根据全双工认知无线电网络中合作频谱感知的工作特点，构建系统架构；

所述步骤2中具体内容为：

系统架构包括可独立运作的训练模块和分类模块：

当次用户网络需要掌握信道可用性时，将次用户通过能量检测得到的能量级向量放入分类模块中，分类模块通过使用分类器来确定信道可用性；

训练模块利用作为训练集的能量级向量来训练分类器，并向分类模块提供已训练完成的分类器；训练模块可以在认知无线电网络首次部署时和无线电环境改变时被激活；

步骤3：基于全双工模式下出现的自干扰和多信号源问题，建立与网络模型相适配的次用户能量检测模型；

步骤4：分析训练集中能量级向量的统计属性；

所述步骤3中具体内容为：

将次用户SU₁设为目标信道被判断可用后进行数据传输的唯一次用户；

u_i是次用户SU_i所处环境的复高斯噪声，h_is是主用户PU和次用户SU_i感知天线Ant_i1之间的瑞利信道增益参数，s_p是主用户的信号功率，d_i表示主用户和次用户SU_i之间的距离，ξ是路损参数，h_1i是次用户SU₁和次用户SU_i感知天线Ant_i1之间的瑞利信道增益参数，i≠1，s₁是次用户SU₁数据传输的功率，D_i表示次用户SU_i和次用户SU₁之间的距离，i≠1；

对于其他次用户SU_i，i≠1，来说，网络中是否存在信号源有如下四种情况：

H_xy中的左下标x表示次用户SU₁是否处于数据传输的状态，x＝1时说明次用户SU₁的传输天线Ant₁₂在工作，而x＝0则表示天线Ant₁₂处于空闲状态；右下标y表示主用户是否处于工作状态，y＝1时说明主用户在工作，而y＝0则表示主用户处于空闲状态；

对于次用户SU₁，网络中是否存在信号源为其中表示天线Ant₁₂进行数据传输而给感知天线Ant₁₁造成的自干扰，χ²是自干扰消除参数，是天线Ant₁₂的传输功率；

y_i表示次用户在某一时刻通过能量检测得到的能量级数据，在一个完整的时隙内采用多次采样取平均的方法得到最终的能量级数据：其中，N_S＝f_sT表示时隙T内采样数，f_s为采样频率，y_i(n)表示次用户在某一时刻通过第n次能量检测得到的能量级数据；

当认知无线电网络中所有次用户都将相同时隙内的能量级数据Y_i传送给数据融合中心后，得到最终的能量级向量Y＝(Y₁,...,Y_N)^T，N是该全双工认知无线电网络中次用户的数量；

步骤5：选择单层决策树为弱分类器，通过计算每个训练数据权值系数和每个弱分类器系数建立强分类器；

所述步骤1中具体内容为：

构建一个具有多主用户、多次用户的全双工认知无线电网络模型，并根据次用户遵循的泊松点过程在网络模型中随机产生区域内各次用户的位置：

网络模型中有M个主用户，用CPU_m表示每个主用户PU_m在二维平面内的坐标，其中m＝1,...,M；用S_m表示主用户PU_m的工作状态，其中S_m＝1表示主用户处于工作状态，S_m＝0则表示主用户处于空闲状态，S＝(S₁,...,S_M)^T表示网络模型中所有主用户状态的向量，其中T表示转置；

主用户的数据传输以每个时隙来进行，对授权频段的占用不受任何外界因素的影响，将其视为一个交替的开/关过程；

具备全双工工作模式的次用户配备了两根天线Ant_i1和Ant_i2，其中天线Ant_i1用作频谱感知，天线Ant_i2用作数据传输，在任意时隙T内，如果检测到目标信道被占用，则所有的次用户仅保持感知动作；而一旦主用户的状态被判断为空闲，则调度某一个次用户进行数据传输，此时天线Ant_i2则由休眠转为工作状态，而其他次用户仍仅保持感知动作。