1检测模型MI3S检测模型
其中m是接收天线的数目；()iwt和(t)iy分别表示天线i的加权系数和分集信号，yt为合并后的信号；rP为进入两步感知的概率；M、E和C分别对应匹配滤波器检测、双门限能量检测和循环平稳检测的检测统计量；M和C的判决门限分别为4λ和3λ；E有两个判决门限，分别是1λ和2λ，且前者较大。检测前先判断主用户发射特征是否已知，即在次用户中设置了主用户先验信息库，次用户首先识别接收信号，若符合先验信息库中的某一主用户特征时，采用匹配滤波器检测；如果主用户信息未知，则采用能量检测。可见，先验信息库中的记录数越多，选择概率rP越小。在匹配滤波器检测中，首先对分集信号进行EGC合并，即1iwt，则可得到合并信号1miiytyt。检测时利用已设计的线性滤波器对其进行波形匹配，过程表示为10NtMytst，其中N表示采样点数，st表示主用户信号，如果4Mλ，则判定主用户存在，反之判定不存在。双门限能量检测的流程为：加权平方合并求和。合并信号表示为：
2实验结果分析
本节在Matlab7.0的环境下考察I3S和MI3S的各个参数对检测性能的影响，MI3S根据是否采用最优线性加权方案分为EI3S(Equal-gainI3S)和OI3S(Optimal-weightI3S)。图2对衰落信道下各种算法的检测概率dP与信噪比SNR的接收机工作特性(ROC：receiveroperatingcharacteristic)进行了对比。假设信号经过均值为0，方差为1的加性高斯白噪声信道，采样点数为N1024，各个检测器的虚警概率为0.1fMfCfEPPP，接收机的天线数为m4，选择概率为0.8rP，0H条件下的不确定概率为1P0.1，求解优化过程采用基于Quasi-Newton的目标搜索算法，各天线加权系数的初始化种子均为0.5，SNR的取值范围为0~30dB。可见，当SNR=24dB时，dP趋近于1，而I3S仅有0.764；当SNR=28dB时I3S才趋近于1，差距为4dB，这表明MI3S的dP比I3S有较大的提高；当SNR从0到14dB变化时，OI3S与EI3S的dP差值基本恒定，约为0.1，此后差距逐渐缩小，这意味着OI3S对于强噪声场景下的抗干扰作用较为明显。图3对无衰落情况下各算法的dP与SNR的ROC曲线进行了对比，其它参数的设置与图2一致。当SNR=20dB时，MI3S趋近于1；当SNR=22dB时，I3S趋近于1，dP相差仅为2dB，这表明MI3S仍然有较优的检测效果，但优势已不如有衰落时的明显；OI3S的dP曲线与EI3S重叠，这说明EI3S与OI3S等效，1iw已是当前的最优解。图4对衰落信道下各算法的dP与总虚警概率fP的ROC曲线进行了对比。假设SNR=20dB，1P的取值范围为[0.1,0.9]，其它参数的设置与图2一致。fP对应的值域为[0.108,0.172]。当0.108fP最小值时，I3S的dP仅有0.39，而EI3S和OI3S分别能达到0.77和0.82，几乎提升了两倍，而随着1P的增大，差距逐渐减小，可见循环平稳检测对MI3S的分集贡献较小；当1P从0.1到0.3变化时，OI3S的dP比EI3S大，此后EI3S较大，这表明OI3S的检测性能受到1P的影响而显得并不稳定。图5对各算法的平均检测时间与rP的ROC特性曲线进行了对比。假设00HP，SNR=20dB，存在信道衰落，检测量E、C和M的检测时间分别为1T=2ms、2T=12ms和3T=3ms。分集合并时间分别为EGCT=0.5ms、SCT=0.3ms，加权优化算法的时间为OT=3ms。rP或1P的增大都会使得检测时间变大；当0.1rP时，I3S的检测时间小于MI3S；1P=0.5和0.8时，I3S的检测时间多数大于MI3S，这表明在I3S中，1P的增加在提高dP的同时也极大地增加了检测时间，而MI3S比I3S的波动小；另外OI3S的检测时间总是大于EI3S，结果表明是否使用最优线性加权算法需要考虑dP和检测时间。通过上述分析可以发现：1)多天线的抗衰落性能较好；2)无衰落时的检测性能比有衰落时的好：3)rP越小，匹配滤波器的作用比例约大，1P越大，循环平稳检测的作用比例越大。动态调整1P和rP可以自适应地改变检测效果，从而实现对外部环境的智能认知。
3结论
我们提出了一种多参数控制的多天线智能谱感知算法(MI3S)。通过高斯信道下的二元假设检验模型，分别得出各种检测器的瞬时检测概率，在此基础上导出了MI3S的总检测概率的封闭表达式。通过Matlab平台考察了各种算法的总检测概率和检测时间的ROC特性曲线，结果表明，多天线充分利用了分集增益，相比于I3S，整体的检测性能进一步得到了提升，而同时平均检测时间并没有显著增加，另外可以灵活的调整1P和rP使得算法具有智能化。相信相关研究和结论可以为软件定义网络和无线电监测等领域的研究提供实践价值。
作者：鲁进 黄铭 杨晶晶 李廷华 冉文学 单位：云南大学无线创新实验室 云南财经大学物流学院 昆明市谱传感与无线电监测重点实验室
