[0031] 下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0032] 本发明一种认知无线电系统中基于用户间协作的PUEA检测方法，通过用户间协作的双门限PUEA进行能量检测，其核心思想是：第一步，根据两个用户接收能量的平均值与预设的门限进行比较，判断信道是否空闲；第二步，若信道检测为忙碌，则根据两个用户检测到的能量与各自已知的相应的PU的信号能量的差值作差与预设的门限进行比较，从而对PU与MU的信号进行区分。
[0033] 具体实施方法如下：
[0034] 本发明所述的方法通过如下的系统模型进行实现，该系统模型中包含两个可以彼此协作的SU以及一个融合中心，融合中心根据各种检测结果的理论值确定各个门限的大小。SU将采样获得的检测量信息传递给融合中心，融合中心将检测量与门限进行对比，从而确定检测结果。
[0035] 其中，考虑一个认知无线电系统，系统里包含一个主发射端(Primary Transmitter,PT)，一个次级发射端(Second Transmitter,ST)(次级发射端同样作为融合中心，对SU的数据进行处理)，两个可以彼此协作的SU以及一个MU。PU与MU都以一定的概率占用频谱资源，这样，次级用户可以利用合理的频谱感知策略检测信道是否被PU或者MU占用。
[0036] 传统的能量检测方案认为当检测统计量大于预先设定的门限时信道为忙碌状态，但是无法准确的判断占用信道的是PU还是MU，所以无法实现对PUEA的检测。考虑到MU的发射功率以及位置的随意变动性，无法实现对多个SU的接收信号能量进行模仿，本方案采用用户间协作能量检测方案，对接收信号进行区分，如图1所示，设置两个门限λ1和λ2并且λ1＜λ2，检测统计量为：
[0037]
[0038]
[0039] 其中：
[0040]
[0041] N为采样点数，y[i]为第i次采样的信号。
[0042] SU将Y1,Y2传递给融合中心，融合中心计算出 与d_Y，并将其与预先设定的门限进行对比。首先判断 是否位于两个门限之间，如果 则认为信道为空闲状态，如果则认为信道被MU占用，这里假设PT以恒定功率发送信号，并且SU的位置保持不变，而MU的发射功率与位置将随机变动，所以当MU发射功率过大或者MU距离SU较近时将使得次级用户检测到的能量值大于门限λ2。
[0043] 当检测到的能量值位于两个门限之间，基于MU的位置与发射功率的不稳定性，通过两个用户协作来区分信号是否来自MU，当两个SU检测的能量与已知的PU信号能量的作差后的差值大于门限ε时，认为信号来自MU，当能量差值小于门限ε时认为信号来自发射功率稳定的PT。
[0044] 其中，本发明根据对若干情况下的检测概率进行限制从而确定相应的门限。考虑实际的通信过程，假设PU接入频谱的过程为泊松过程，到达率为λP，每次占用信道的时间服从参数为μP的负指数分布；MU由于功率受限等原因不能在信道空闲时持续占用信道，而是在信道空闲的情况下，以泊松过程接入频谱，到达率为λM，每次占用信道的时长服从参数为μM的负指数分布。
[0045] 假设PU占用信道的状态转移概率为 表示信道状态由状态i转换到状态j,其中i,j∈{0,1}，状态0表示信道空闲，状态1表示PU占用信道，则可以得到下列转移概率：
[0046]
[0047]
[0048]
[0049]
[0050] 其中T为感知周期的时长。
[0051] 由以上转移概率可以得到PU占用信道的先验概率为：
[0052]
[0053] 同理可以得到在PU不占用信道时，攻击节点占用信道的先验概率为：
[0054]
[0055] 其中 的计算方法参照
[0056] 为了获得各种检测概率的理论值，做如下假设：
[0057] a)两个SU接收到来自PT的信号均服从0均值的循环复高斯分布，方差分为 与并且SU先验已知这些信息；
[0058] b)两个SU接收到来自MU的信号均服从0均值的循环复高斯分布，方差分为 与其中 的值可以根据当检测结果为MU占用信道时，利用检测到的能量值进行估计，在此假设这两个值可以被正确估计出来；当检测结果为信道被MU占用时,可以用如下方式对 (其中i＝1,2)进行估计:
[0059] 其中,N为采用点数,yj为第j次采样所得到的信号。当N较大时， 可以被准确的估计出来。
[0060] c)信道中的加性噪声服从0均值方差为 的循环复高斯分布。
[0061] 根据中心极限定理，可以得知，信道在空闲、被PU占用、被MU占用这三种状态下，检测统计量 与d_Y均服从高斯分布。任一时刻，信道的实际状态与检测结果均有三种可能，所有情况如表1所示。
[0062] 表1信道实际状态与检测状态组合情况。
[0063]
[0064] 根据所提出的检测方案，可以得到这九种情况发生的理论检测概率如表2所示。
[0065] 表2各种状态下检测概率的理论值。
[0066]
[0067] 其中
[0068] 在本方法中，通过规定若干个情况下的检测概率大小来获得相应的门限值。首先根据两个SU的平均接收信噪比，规定信道空闲的状态下检测为空闲的概率大于a，即[0069]
[0070] 可以得到相应的λ1，在此基础上，要求PU占用信道的状态下，正确检测的概率大于b，并且虚警的概率小于c，即：
[0071]
[0072]
[0073] 可以得到相应的λ2与ε。
[0074] 本发明仿真了所提的基于用户间协作的双门限PUEA检测方案的性能，并与其他学者提出的多门限能量检测以及定位的方案进行对比。在多门限方案中,设定三个门限,θ0,θ1,θ2,当Y＜θ0时认为信道空闲；当θ0＜Y＜θ1或者Y＞θ2时检测结果为MU占用信道；当θ1＜Y＜θ2时检测结果为PU占用信道。而定位的方案假设SU已知PT的具体位置,并通过至少四个SU通过接收信号强度或者到达时间差等方案对信源进行定位,当定位结果与主发射端位置匹配则认为是PU占用信道,而当定位结果与主发射端的位置偏离较大时认为是MU占用信道。其中，仿真参数参考表3。
[0075] 表3仿真参数配置。
[0076]
[0077]
[0078] 如图2和图3所示，本发明与多门限方案关于正确检测概率与错误检测概率的曲线，设定主发射端到SU的平均信噪比(Signal Noise Ratio,SNR)分别为10dB和12dB，其中横坐标为MU到SU的平均信噪比,由图2可以看出,多门限方案对PUEA的正确检测概率随着MU到SU的平均信噪比呈现先升高，再降低，然后升高的趋势。θ1决定着曲线趋势变化的临界点，当MU到SU的平将信噪比接近PT到SU的平将信噪比时，也即图中横轴8dB到10dB这一段区间，多门限方案将无法实现对PUEA的检测；而本方案，在MU到SU的信噪比接近主发射端到SU的信噪比时仍然可以以较高的概率检测出PUEA。图3给出了将PUEA检测为PU的概率，即PUEA成功的概率，可以看出，在低信噪比的情况下如图中0到5dB范围，多门限方案的错误概率较低，这是由于多门限方案中当接收的检测统计量低于θ0判别结果为信道空闲，也即低信噪比情况下，多门限方案将已较大的概率将PUEA错检为信道空闲。而当MU到SU的信噪比接近主发射端到SU的信噪比时，多门限方案将会有很高的错误概率。而所提方案的错误概率一直都维持在较低的水平，并且当MU到SU的信噪比接近主发射端到SU的信噪比时的错检概率仍然较低，在实际场景中，MU总是以最大的可能去模仿主发射端的功率，所以，本方案相比于多门限方案有着更好的性能。
[0079] 如图4所示，本发明与定位方案关于正确检测概率与错误检测概率的曲线，因为所提方案基于MU发射功率的不稳定性以及位置的变动性对信源进行区分，为了与定位方案进行对比，这里对MU的运动轨迹进行建模，这里假设MU距离PT越远时，距离两个SU的位置越近,即MU从PT附近运动到SU附近。由图4可以看出，在MU与PT距离很近时，定位的方案无法实现对信源的区分，而所提方案可以较低的概率检测出PUEA，而随着MU与PT距离的增加，定位方案与所提方案均可以提高对PUEA的检测概率，而定位方案可以获得更好的性能，但是，定位方案需要至少四个及以上SU进行协作，系统开销远大于所提方案，所以所提方案存在着一定的优势。
