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专利号: 2018114861273
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于Cholesky分解采样协方差矩阵的SVM高效频谱感知方法,其特征在于:S1,采用Cholesky分解感知信号的采样协方差矩阵,构造统计量;

S2,对所述统计量进行标记标签;

S3,将所述统计量和对应的标签作为训练样本集,采用SVM算法训练所述样本,得到凸二次规划问题;

S4,采用序列最优化算法求解所述凸二次规划问题,得到SVM分类器;

S5,采用SVM分类器对主用户状态进行分类。

2.权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤S1采用以下步骤完成:S1.1:将认知无线电划分为PU和SU,PU为主用户,SU为次用户,PU的频谱优先级高于SU,其中,SU具有M根天线,且M为自然数;

认知设备接收信号二进制假设检验表示为:其中,H0和H1分别表示主用户存在与否;k为自然数,k=1,2,…N,且N为自然数,表示在一个时隙中感知的样本维数;s(k)为实数,代表第k个接收的PU信号序列;n(k)为实数,代表第k个接收信号附加的加性高斯白噪声;x(k)和h(k)均为实数,分别是第k个SU接收的感知信号和信道增益;

S1.2:在SU的M根天线上收集信号,感知信号矩阵表示为式(2):其中,矩阵X1中的元素xi(k)为第i个天线,第k个接收信号的取值,且i,k和M均为自然数;

S1.3:感知信号的采样协方差矩阵表示成:维度为M×M的矩阵R其中,(·)T代表转置;

S1.4:Cholesky分解感知信号的采样协方差矩阵,并构造统计量:Cholesky分解矩阵R,R=UUT;

其中,U是一个下三角矩阵表达式如下:其中,uij≥0(j≥i),且i,j为自然数;

其计算如下

其中,Rij是式(3)所表示的协方差矩阵R的第i行,第j列元素;

统计量构造为下式:

其中,L为训练样本的维数,L为自然数;且统计量Xk是接近1的实数;分子为下三角矩阵U的元素之和,分母为下三角矩阵U的主对角线元素。

3.权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤S2采用以下步骤完成:在能量检测中,检测统计量的构造及检测规则如下:其中,D1和D0分别代表SU感知到PU存在或不存在的状态,并采用标签“+1”和“-1”表示,E为感知信号的平均能量,λ为实数,表示检测门限;

检测门限是λ利用预设的虚警概率Pf,通过下式得到:其中,n为实数且计算为:n=2TW;T为实数,代表观测时间,W代表带通滤波器的带宽。

4.权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤S3采用以下步骤完成:S3.1:初始化训练集G={(Xi,fi)},Xi代表步骤S1构造的训练统计量,fi∈{+1,-1}代表步骤S2对应的标签;

S3.2:假设超平面能够将训练样本正确分类,即对于(Xi,fi)∈G,若fi=+1,则有:(w·Xi)+b>0;若fi=-1,则有:(w·Xi)+b<0;

令:

(w·Xi)+b≥+1(fi=+1),  (10)(w·Xi)+b≤-1(fi=-1),  (11)其中,w为法向量,决定了超平面的方向;b为位移项,决定了超平面和原点间的距离;

由超平面决定的分类间隔为γ=2/||w||2,||.||代表向量的范数;

当||w||2最小时,分类间隔γ最大;

具有“最大间隔”的超平面表示为:

s.t.fi[(w·Xi)+b]≥1,i=1,2,…L.  (13)式(15)和式(16)通过拉个朗日乘子法及其对偶问题,得到优化问题(14)和(15):其中,α为拉个朗日乘子,C为惩罚系数。

5.权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤S4采用以下步骤完成:S4.1:初始化α(0)=0,令k=0,精度为ε;

S4.2:选取变量 和 求取新的

其中,Ei是预测值与真实值之间的误差,并定义η为:η=K11+K22-2K12=||Φ(X1)-Φ(X2)||,  (18)其中,Φ(X)表示X映射到特征空间的特征向量,核函数为:K(Xi,Xj)=<Φ(Xi),Φ(Xj)>,代表X映射到特征空间的内积;

S4.3:更新 和 两个变量如式(22)和式(23)所示:其中,P和Q的表达式如下:

其中,C为惩罚系数;

S4.4:若在精度ε范围内,ε为正实数,检查是否满足式(23)-式(27)的终止条件,若满足返回值 否则令k=k+1,转步骤S4.2;

0≤αi≤C,i=1,2,…,L  (24)S4.5:根据返回的 更新偏移量b和差值E,转步骤S4.2;

得到bk后,更新Ei如下式:

其中,S为支持向量的下标的集合;

S4.6:所求的参数α和b代入决策函数,即SVM分类器:其中,sign(·)代表符号函数。y代表的PU信号的存在与否;

若y=+1,则有假设H1成立,即PU存在;否则PU不存在。

6.权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤S5采用以下步骤完成:将待测认知用户采样数据通过步骤S1的预处理,得到测试样本X=[R1;R2]T写入SVM分类器,检测出频谱中PU使用情况与工作状态,并对此区分;

若SVM的输出值为“+1”,则表示频谱被PU占用;

若SVM的输出值为“-1”,则表示频谱未被PU占用。