基于迭代攻击检测的联合压缩频谱感知方法

摘要

基于迭代攻击检测的联合压缩频谱感知方法，涉及宽带认知无线电的智能通信领域。它是为了提高频谱感知的可靠性。本发明以PUEA存在的宽带CR网络为对象，并以认知无线电用户利用压缩感知理论降低信号的采样率及认知无线电用户可将感知结果报告给融合中心为前提，融合中心利用来自各认知无线电用户的感知报告估计主用户发射信号功率和路径损失参数，根据估计误差得到测量剩余值。在迭代攻击检测中，通过比较测量剩余值发现和去除受到模仿主用户攻击影响的异常感知报告，合并剩余报告得到可靠的联合频谱感知结果。本发明适用于宽带认知无线电的智能通信场合。

主权项

基于迭代攻击检测的联合压缩频谱感知方法，其特征是：它由以下步骤实现：步骤一、在认知无线电系统中，各认知无线电用户将本地低维测量结果向量y_t发送到融合中心；步骤二、融合中心根据公式：$\underset{{\tilde{s}}_f}{\min }{\left|\right|{\tilde{s}}_f\left|\right|}_1,s.t.{\left|\right|\Theta {\tilde{s}}_f-y_t\left|\right|}_2\le {\sigma }_{\tilde{n}}---\left(1\right)$对各认知无线电用户发送的本地低维测量结果向量y_t逐一进行稀疏信号重构，获得各认知无线电用户重构的稀疏信号式中：Θ是局部傅里叶变换矩阵；为噪声的标准差；||·||₁表示一阶范数；||·||₂表示二阶范数；并根据公式：P_R,i＝P₀+α10log₁₀(d₀/d_pi)+ω_i(dBm)   (2)获得各认知无线电用户在频谱感知期间接收的信号强度P_R,i；式中：P_R,i表示频谱感知期间认知无线电用户i接收到的来自主用户的信号强度，i为正整数，P₀表示在参考距离d₀处的主用户信号的接收功率，α是取值范围2到5之间的路径损失参数，d_pi是主用户到认知无线电用户i的距离，ω_i为测量误差；设x＝[P₀,α]^T，根据公式(2)中认知无线电用户i接收到的来自主用户的信号功率得到各认知无线电用户接收信号强度的矩阵，表示为：P_R＝Hx+ω   (3)其中：P_R＝[P₁,P₂,…,P_I]^T，H是信道增益矩阵，由网络拓扑结构决定，I为认知无线电网络中合法认知无线电用户的数量，信道增益矩阵H表示为：$H=\left[\begin{array}{cc}1& {10\log }_{10}(d_0/d_{p1})\\ .& .\\ .& .\\ .& .\\ 1& {10\log }_{10}(d_0/d_{\mathrm{pI}})\end{array}\right]---\left(4\right);$噪声ω＝[ω₁,ω₂,…,ω_I]^T的分量ω_i近似服从均值为0、方差为的高斯分布；利用最大似然估计方法根据式(3)和(4)得到x的估计值$\hat{x}=x+{\left(H^T{\Sigma }_{\omega }H\right)}^{-1}{H}^T{\Sigma }_{\omega }\omega ---\left(5\right)$其中，对角阵${\Sigma }_{\omega }=\mathrm{diag}({\sigma }_{\omega ,1}^{-2},{\sigma }_{\omega ,2}^{-2},...,{\sigma }_{\omega ,I}^{-2});$根据得到测量剩余值$\hat{e}=P_R-H\hat{x}=(I-H{\left(H^T{\Sigma }_{\omega }H\right)}^{-1}{H}^T{\Sigma }_{\omega })\omega ---\left(6\right)$将该剩余值作为体现认知无线电用户接收到主用户信号强度的测量值与正常值之间的近似程度值，并得到归一化测量剩余值步骤三、根据公式：$\eta =\sqrt{F_{{\chi }^2}^{-1}(1-P_{\mathrm{FA}}^A;N-2)}$确定门限η；式中：为攻击检测的虚警概率；N为认知无线电系统中的用户总数；步骤四、判断步骤二获得的归一化测量剩余值是否大于步骤三获得的门限η，如果判断结果为是，则执行步骤五；如果判断结果为否，则执行步骤六；步骤五、将剩余值幅值最大分量对应的认知无线电用户从联合频谱感知中删除；并返回执行步骤二，即利用剩余的知无线电用户感知报告重新计算测量剩余值步骤六、在联合频谱感知时合并剩余的可靠感知报告，获得对于主用户频谱使用情况，完成基于迭代攻击检测的联合压缩频谱感知。