[发明专利]一种基于XGBoost的认知无线电协作频谱感知方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于XGBoost的认知无线电中协作频谱感知方法及系统，属于认知无线电技术领域，该方法包括：认知用户和距离认知用户较近的次级用户节点分别利用压缩感知观测矩阵对信号进行压缩抽样得到观测序列，对观测序列进行归一化的处理，并分别发送到数据融合中心；数据融合中心利用XGBoost来建立频谱感知分类器，代替信号的重构和检测过程，在接收到认知用户和次级用户的归一化观测序列后输入训练好的频谱感知分类器得到判决结果，并根据融合判决规则得到最后的判决结果。与现有技术相比，本发明不仅能够减少时间复杂度，而且还能够提高预测的准确度。

技术领域

本发明涉及一种基于极端梯度提升树(XGBoost)的认知无线电协作频谱感知方法及系统，属于认知无线电技术领域。

背景技术

认知无线电是允许从用户对主用户暂时空闲的授权频谱资源加以利用，在不干扰主用户通信的前提下，尽量提高现有的频谱资源的利用率。目前，无线电频谱的资源主要采用固定的频谱分配策略和管理方式，在这种分配策略下，存在着频谱资源利用率偏低的情况：一方面授权频谱占据了整个无线电频谱资源的大多数，在某些情况下，主用户并不会每时每刻都占据着授权频谱。因此会有很多的授权频谱处于空闲的状态。导致频谱利用率低下。认知无线电技术的提出就是为了改善频谱利用率低的问题。

认知无线电技术的第一步就是捕获频谱变化的相关信息。认知无线电需要感知到周围环境的电磁特征，并根据感知的结果进行智能决策，自动调整其设备的发射和接收参数。认知无线电的主要四个功能是：频谱感知、频谱决策、频谱共享、频谱切换。这四个功能构成了认知无线中的一个认知环，其中认知无线中最重要的功能是频谱感知，即：从用户对频谱进行感知和检测，捕获频谱相关的信息，找到有可能在频谱上建立通信的频谱空穴。一般来说，认知无线电频谱感知技术可以分为：基于发射机检测、合作检测、基于干扰的检测和基于接收机的检测。其中基于发射机的检测又具体可以细分为：能量检测、匹配滤波检测、循环谱检测等。

目前单认知用户的相关技术已经发展的日益成熟，但是单个用户获取频谱信息具有一定的局限性，受到信道噪声和多普勒频移等因素的影响，最终频谱感知的准确率不是很高，协作各种重分类利用了多个次级用户获取到频谱的信息，不仅能够扩大感知的范围，而且也能够提高感知的精度。目前协作感知的主要方式分为两种：一种是集中式，另一种是分布式。其中集中式的频谱感知需要数据融合中心。在传统的集中式协作感知中，对于数据融合中心的硬件要求会比较高，因为有的感知方式需要在数据中心中进行信号的重构。而分布式的协作感知则不需要数据中心，因为会对硬件的要求不高。

5G的时代即将就要来临，但是目前在认知无线电领域中，对于窄带频谱的研究特别多，但是很少有人去研究宽带频谱中的频谱感知问题。特别是在现如今这个网络高速发展的时代。因此研究认知无线中的宽带频谱感知问题是非常有必要的。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于XGBoost的认知无线电协作频谱感知方法及系统，以提高宽带频谱感知的预测精度。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于XGBoost的认知无线电协作频谱感知方法，该方法包括如下步骤：

(1)认知用户和距离较近的次级用户节点分别利用压缩感知观测矩阵对信号进行压缩抽样得到观测序列，对观测序列进行归一化的处理，并分别发送到数据融合中心，其中观测矩阵为满足约束等距性(RIP)的压缩感知观测矩阵；

(2)数据融合中心接收到认知用户和次级用户的归一化观测序列后输入到采用XGBoost算法设计的频谱感知分类器，利用频谱感知分类器输出判决结果；

(3)将步骤(2)中的认知用户和次级用户的判决结果根据融合判决规则得到最后的判决结果。

在优选的实施方案中，所述步骤(1)中采用Dijkstra算法确定距离认知用户较近的次级用户节点，具体步骤包括：