认知无线电系统中检测周期与检测时间的联合优化方法

摘要

频谱检测是认知无线电中一项至关重要的技术，本发明的目的在于提供一种认知无线电系统中检测周期和检测时间的联合优化方法。具体步骤如下：从提高频谱利用率同时减少对授权用户的干扰出发，以最大化发现频谱接入机会同时降低次用户对授权用户的干扰为目标对检测周期进行优化；然后在目标检测概率限制下，以最大化次用户检测信道能获得的归一化吞吐量为目标对检测时间进行优化；最后基于前面求取的检测周期和检测时间的方法对这两个参数进行联合迭代优化。采用该联合优化算法可得到次用户感知信道时的最优检测周期和检测时间，从而大大提高次用户的频谱接入机会和次用户检测信道的可获得归一化吞吐量。

主权项

1.一种认知无线电系统中检测周期与检测时间的联合优化方法，其特征在于该方法包括以下步骤：a.次用户检测到信道i的状态为占用时，次用户认为该周期内信道i不可用，但是在该周期内信道的状态可能由占用转为空闲,但是次用户没有检测到，丧失了该周期内信道i接入机会，记为根据计算次用户在周期T_i内失去信道i的接入机会概率，其中$B=\frac{{\lambda }_{{\mathrm{ON}}^i}}{{\lambda }_{{\mathrm{ON}}^i}+{\lambda }_{{\mathrm{OFF}}^i}},$$C=\frac{{\lambda }_{{\mathrm{ON}}^i}}{{({\lambda }_{{\mathrm{ON}}^i}+{\lambda }_{{\mathrm{OFF}}^i})}^2},$为信道i占用的平均时长，为信道i空闲的平均时长，信道i的利用率b.当次用户正在检测其他信道时，信道i可能会变为空闲，但是此时次用户无法利用该频谱空穴进行数据传输，损失了信道i的频谱接入机会，记为根据计算次用户在周期T_i内失去信道i的接入机会概率，其中N为信道数目，j=1,2,...,i-1,i+1,...,N，τ_i为信道i的检测时间；c．若次用户检测到信道i的状态为空闲时，认为在该周期可以在该信道上进行数据传输，但是在该周期内信道的状态可能由空闲转为占用，即主用户重新占用信道，则此时次用户对该主用户产生了干扰，记为根据$P_{\mathrm{Interference}}^i=(1-u_i)\frac{D+{\mathrm{ET}}_i+{\mathrm{Fe}}^{-({\lambda }_{{\mathrm{ON}}^i}+{\lambda }_{{\mathrm{OFF}}^i})}{T}_i}{T_i}$计算次用户在周期T_i内失去信道i的接入机会概率，其中$D=-\frac{{\lambda }_{{\mathrm{OFF}}^i}}{{({\lambda }_{{\mathrm{ON}}^i}+{\lambda }_{{\mathrm{OFF}}^i})}^2},$$E=\frac{{\lambda }_{{\mathrm{OFF}}^i}}{{\lambda }_{{\mathrm{ON}}^i}+{\lambda }_{{\mathrm{OFF}}^i}},$$F=\frac{{\lambda }_{{\mathrm{OFF}}^i}}{{({\lambda }_{{\mathrm{ON}}^i}+{\lambda }_{{\mathrm{OFF}}^i})}^2};$d．定义次用户发现信道i的频谱接入机会为Oⁱ(T_i)，次用户检测N个信道时频谱接入机会比例为R_SAR，根据$R_{\mathrm{SAR}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{O}^i\left(T_i\right)}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}(1-u_i)}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\{(1-u_i)-P_{s1}^i-P_{s2}^i}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}(1-u_i)}$计算频谱接入机会比例；e．给定检测时间τ_i，优化检测周期T_i，使Oⁱ(T_i)最大同时对主用户的干扰最小，这个优化问题可以等价转化成同时最小化损失的频谱接入机会和对主用户的干扰，即寻找最优的检测周期使得$(P_{s1}^i+P_{s2}^i)+P_{\mathrm{Interference}}^i$$=\{{2u}_i(1-u_i)-\frac{{2u}_i(1-u_i)}{({\lambda }_{{\mathrm{ON}}^i}+{\lambda }_{{\mathrm{OFF}}^i})T_i^{*}}+\frac{{2u}_i(1-u_i)}{({\lambda }_{{\mathrm{ON}}^i}+{\lambda }_{{\mathrm{OFF}}^i})T_i^{*}}{e}^{-({\lambda }_{{\mathrm{ON}}^i}+{\lambda }_{{\mathrm{OFF}}^i})T_i^{*}+(1-u_i^s)\underset{\underset{j\ne i}{j=1}}{\overset{N}{\Sigma }}\left(u_j^s\frac{{\tau }_j}{T_i^{*}}\right)\}}$最小；f.根据步骤e获得的最优检测周期并且信道i的检测概率大于目标检测概率时，优化检测时间τ_i，使得次用户检测信道i获得的归一化吞吐量R_i(T_i,τ_i)最大，即寻找最优的检测时间使得最大，其中Pⁱ(H₀)表示主用户不占用信道i的概率，表示次用户检测信道i时的虚警概率，是目标检测概率；g．若这次获得的和与上一次的最优值不一样，则转到步骤e；若一样，则结束，最后一次得到的和即为检测周期和检测时间联合最优值。