[发明专利]基于生灭过程和粘性隐马尔可夫模型的合作频谱感知方法

说明书

本发明公开了一种基于生灭过程和粘性隐马尔可夫模型的合作频谱感知方法，其将各个认知用户在每个信道内对应的接收信号功率作为隐马尔可夫模型的观测数据，再确定观测数据的隐藏状态、属于各类隐藏状态的概率、状态转移概率矩阵；引入粘性因子得到粘性隐马尔可夫模型；在每次迭代下计算观测数据的隐藏状态的聚类结果，通过生灭过程更新聚类结果和隐藏状态类别数，计算状态转移概率矩阵及均值向量和精度矩阵；迭代结束后根据各类隐藏状态的信道功率估计值和最后一次迭代下隐藏状态的值计算每个认知用户在每个信道的功率估计值，通过与门限值比较，确定一个认知用户处信道是否被授权用户占用；优点是对多个认知用户进行频谱感知，且频谱感知性能好。

技术领域

本发明涉及一种认知无线电中的多认知用户频谱感知技术，尤其是涉及一种基于生灭过程和粘性隐马尔可夫模型的合作频谱感知方法。

背景技术

与第四代移动通信技术相比，第五代移动通信(5G)技术可将数据速率提高到10Gbit/s、将延迟降低到1毫秒、连接设备数量增加100倍。实现这些需求依赖大量的频谱资源，但是可用的频谱资源是有限的，且基本上已经被分配完了。为了解决无线网络频谱资源短缺的问题，目前业界的常见思路是引入认知无线电技术来提高频谱资源的利用率。与传统的频带被单一用户授权占用的系统不同，无线网络通过认知无线电频谱感知技术可以从环境中智能地检测频带占用情况，从而使认知用户能智能接入空闲的授权频带。

近年来，已经提出了多种频谱感知方法。如仅使用能量检测和匹配滤波器检测等的非合作频谱感知方法，这些方法不根据附近其他认知用户的检测信息，做出单独的决策；这些方法很容易受到环境干扰，做出错误的决策，使感知性能不理想。为了解决非合作频谱感知方法存在的技术问题，引入了合作频谱感知的概念，它使用空间多样性，以使认知用户能够在动态无线环境中进行合作并交换感知信息。但是，现有的合作频谱感知方案经常利用硬决策(即认知用户只将本地判决结果发送到融合中心以进行全局决策)来实现检测，它没有考虑每个认知用户的更多感知信息(如样本平均功率信息)以及场景中可能存在的恶意用户干扰，导致频谱感知性能普遍不够理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于生灭过程和粘性隐马尔可夫模型的合作频谱感知方法，其将多个认知用户从信道中获得的样本平均功率信息发送到融合中心进行融合判决，从而实现了对多个空间位置处的认知用户进行频谱感知，且频谱感知性能好。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于生灭过程和粘性隐马尔可夫模型的合作频谱感知方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：在认知无线电系统中存在J个认知用户和L个信道，各个认知用户对每个信道内的信号进行N次等时间间隔地采样，针对一个认知用户对一个信道内的信号进行采样共采样得到N个样本，将第j个认知用户对第i个信道内的信号进行采样得到的第n个样本记为然后计算各个认知用户在每个信道内对应的接收信号功率，将第j个认知用户在第i个信道内对应的接收信号功率记为若第j个认知用户不是恶意用户，则即为第j个认知用户对第i个信道内的信号进行采样得到的所有样本的平均功率，且当100≤N≤1000时根据中心极限定理，服从高斯分布：若第j个认知用户是恶意用户，则当100≤N≤1000时根据中心极限定理，服从高斯分布：其中，J、L、N、j、i和n均为正整数，J＞1，L＞1，100≤N≤1000，1≤j≤J，1≤i≤L，1≤n≤N，符号“”为求模符号，表示噪声功率，表示第j个认知用户在第i个信道内接收到的授权用户信号功率，表示第i个信道未被授权用户占用，表示第i个信道已被授权用户占用，表示服从均值为协方差为的高斯分布，表示服从均值为协方差为的高斯分布，PM表示干扰功率，表示服从均值为协方差为的高斯分布，表示服从均值为协方差为的高斯分布；