[發(fā)明專利]一種基于特征值一致估計的合作頻譜感知方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201611262127.6 | 申請日： | 2016-12-30 |
| 公開（公告）號： | CN106656376B | 公開（公告）日： | 2020-06-12 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 馮春燕;趙萌;郭彩麗;陳碩 | 申請（專利權(quán)）人： | 北京郵電大學(xué) |
| 主分類號： | H04B17/382 | 分類號： | H04B17/382 |
| 代理公司： | 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所 11121 | 代理人： | 趙文穎 |
| 地址： | 100876 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 特征值 一致 估計 合作 頻譜 感知 方法 | ||
1.一種基于特征值一致估計的合作頻譜感知方法，包括以下幾個步驟：
步驟1：宏基站發(fā)送授權(quán)用戶信號，授權(quán)用戶信號服從零均值功率為的高斯分布；
步驟2：小蜂窩基站接收信號并進行連續(xù)采樣；
信號經(jīng)過平穩(wěn)衰落信道后由M個小蜂窩基站進行接收，假設(shè)接收機端噪聲為加性高斯白噪聲，噪聲之間相互獨立且有相同的功率σ2，M個小蜂窩基站對接收信號進行連續(xù)采樣分別得到N個樣本數(shù)據(jù)，設(shè)H0和H1分別代表授權(quán)用戶未出現(xiàn)和出現(xiàn)兩種情況，頻譜感知的二元假設(shè)模型表示為：
其中，x[n]＝[x1[n],x2[n],…,xM[n]]T(n＝0,1,…,N-1)為在采樣時刻n由M個接收機采樣得到的M維樣本矢量，w[n]代表均值為零，協(xié)方差矩陣為σ2IM的獨立同分布循環(huán)對稱復(fù)高斯噪聲，表示為h為復(fù)信道增益矢量，在感知時間內(nèi)假設(shè)信道增益為常數(shù)，s[n]為授權(quán)用戶信號的第n個樣本，假設(shè)服從均值為零，方差為的高斯分布；
步驟3：小蜂窩基站將感知樣本數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)融合中心，在數(shù)據(jù)融合中心組成M×N維的接收樣本矩陣X＝[x[0],x[1],…,x[N-1]]；
步驟4：數(shù)據(jù)融合中心根據(jù)接收樣本矩陣得到判決統(tǒng)計量；
接收樣本矩陣的對數(shù)似然函數(shù)之差為
L(X)＝lnp(X|H1)-lnp(X|H0) (2)
H0情況下的對數(shù)似然函數(shù)含有未知參數(shù)σ2，表示為：
H1情況下的對數(shù)似然函數(shù)含有未知參數(shù)h和σ2，表示為：
利用矩陣行列式的計算公式以及Woodbury矩陣求逆等式可以得到
將式(5)和式(6)代入對數(shù)似然函數(shù)的表達式(4)中并化簡：
估計后的對數(shù)似然函數(shù)之差L(X)為：
其中，為H1情況下對信道增益的估計，和為H1情況下對信號和噪聲功率的估計，為H0情況下對噪聲功率的估計；
已知第m個真實特征值γm的一致估計器的表達式為：
其中：Km為第m個真實特征值的重數(shù)，集合為樣本協(xié)方差矩陣的第k個特征值；關(guān)于的方程的M個有序?qū)崝?shù)解為
未知參數(shù)σ2的一致估計器為：
利用代替σ2，得到H0情況下的對數(shù)似然函數(shù)
當(dāng)授權(quán)用戶存在時，統(tǒng)計協(xié)方差矩陣有M-1重最小特征值γ1＝σ2和1重最大特征值利用最大樣本特征值的特征向量估計真實的最大特征值γ2的特征向量得到含有未知參量估計量的對數(shù)似然函數(shù)表達式進一步化簡為：
當(dāng)γ1＝σ2和兩個特征值滿足特征值分離條件時，特征值一致估計器對特征值的估計性能會更好；此時要求N/M＞ξM成立，根據(jù)所建立的感知模型，ξM表示為式(13)
其中，為下式的解
將式(13)和式(14)代入N/M＞ξM中得到特征值分離條件成立的表達式為：
其中，表示信噪比；
將γ1＝σ2和代入式(9)中，得到H1情況下式(12)中未知參數(shù)的估計量的表達式(16)，且當(dāng)最大特征值和最小特征值滿足式(15)中的分離條件時得到更好的估計；
將式(11)和式(12)代入式(8)中并進行化簡，得到判決統(tǒng)計量：
步驟5：數(shù)據(jù)融合中心將判決統(tǒng)計量與判決門限進行比較判斷授權(quán)用戶是否存在；
數(shù)據(jù)融合中心將判決統(tǒng)計量TCEE-CSS與門限值γ比較來判斷授權(quán)用戶是否出現(xiàn)，當(dāng)判決統(tǒng)計量TCEE-CSS大于門限γ時判決授權(quán)用戶出現(xiàn)，否則授權(quán)用戶未出現(xiàn)，感知用戶利用該授權(quán)頻譜資源，表示為
。
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