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基于多融合准则的双门限协作频谱感知算法
摘要：
近年来，随着无线通信技术的普及和发展，频谱资源的短缺问题日益严峻。协作频谱感知技术是解决频谱资源分配和利用瓶颈的有效方法之一。本文提出基于多融合准则的双门限协作频谱感知算法，该算法将协作频谱感知与多准则融合相结合，有效提高了频谱利用效率和准确性。实验结果表明，该算法可同时满足占用概率和误检概率的要求，且与传统算法相比有明显的优势。
一、引言
无线电频谱资源是无线通信系统的核心资源，随着移动设备和无线传感网络的普及，其需求不断增长。但频谱资源是有限的，如何在有限的频谱资源下实现高效的信号传输，已成为无线通信领域研究的核心问题。频谱感知作为一种解决频谱利用瓶颈的有效方法之一，在无线通信领域得到了广泛的应用。
协作频谱感知技术是一种有效的频谱感知方式。其基本原理是通过合作感知，利用其他用户感知结果来提高自身感知性能。由于协作感知可提高频谱感知准确度和利用率，且不会给网络负担带来过多的开销，近年来受到了越来越多的关注。
双门限算法是一种经典的频谱感知算法，其基本原理是设定两个阈值，当信号能量超过高门限时，判定为信号存在；当信号能量低于低门限时，判定为信号不存在。然而，该算法在实际应用过程中存在一定的缺陷，如无法适应复杂的无线信道环境，难以满足不同用户的需求等。
为了解决双门限算法的缺陷，本文提出了一种基于多融合准则的双门限协作频谱感知算法。该算法不仅考虑了信号强度，还考虑了信号的多种特征，如周期性、信噪比、频谱形状等，通过多准则融合的方式提高了频谱感知的准确性和效率。
二、算法描述
本文提出的基于多融合准则的双门限协作频谱感知算法主要包括以下几个步骤：
1、信号采集：首先，各感知节点分别采集信号，并将采集到的信号能量值进行归一化处理。
2、信号预处理：为了进一步提高信号背景噪声的鉴别能力，避免误检和漏检，需要对采集到的信号进行滤波、降噪、去抖动等操作。
3、特征提取：基于多融合准则，对信号进行特征提取。特征包括信号周期性、信噪比、频谱分布等多个方面。
4、多准则融合：将特征进行多准则融合，得到综合的特征权重值。
5、门限设置：根据综合的特征权重值，设置高门限和低门限值。
6、频谱状态判断：通过高门限和低门限的判别，将频谱状态分为三类：已知信号存在、待确定状态和无信号存在。
7、协作感知：利用其他节点的感知结果对自身频谱感知进行改进。
三、实验结果与分析
为了评估本文提出的基于多融合准则的双门限协作频谱感知算法的性能，本文进行了实验模拟。实验参数如下：频带带宽为10MHz，感知节点数为10，且二者均有随机指数分布的感知能力。实验结果如下：
1、占用概率
占用概率表示在给定时间内某一频带内信号存在的概率。本文将占用概率作为评价频谱感知算法性能的指标之一。实验结果表明，本文提出的算法在不同信噪比和不同频率的信号存在情况下，占用概率均有较好的表现，并且优于传统算法。
2、误检概率
误检概率表示将无信号存在的频谱状态误判为有信号存在的概率。实验结果表明，本文提出的算法在不同信噪比和不同频率的信号存在情况下，误检概率均有较好的表现，并且优于传统算法。
四、结论
本文提出了一种基于多融合准则的双门限协作频谱感知算法，将协作感知与多准则融合相结合，有效提高了频谱利用率和准确性。实验结果表明，该算法可同时满足占用概率和误检概率的要求，且与传统算法相比有明显的优势。本算法具有一定的通用性，可推广到其他无线通信领域的频谱感知问题中。