充协作频谱感知所消耗的能量，保证簇头节点拥有足够的传输能量。
2. 如权利要求1所述的一种基于无线能量的认知网络分簇协作频谱感知方法，其特征 在于，所述步骤1中采用的分簇和簇头选择方法，由以下步骤实现： (101) 计算主用户s和N个认知网络节点IIii之间的距离d(s, IIii),选择d(SWi)最小的 前K个节点mk作为K个簇的初始簇头节点，其中，i = l，2，一，N，k= 1，2，···，Κ; (102) 初始化每个簇的节点集合Qk= {mk}以及初始簇中心ck= mk; (103) 对于剩余N-K个节点，计算每个节点叫到每个簇k的簇中心c k的距离(Kmi, ck)， 选择(Kmi, ck)最小的簇1将Hii归类到相应的簇节点集合Qk中，即=Ω^ LJWiJ ; 如果某个簇的节点数目已达到D，则不再对该簇分配节点； (104) 对于每个簇k，根据每个簇内的节点集合Qk，重新更新簇中心ck; (105) 对于每个簇k，计算每个簇内的D个节点mk，j到本簇中心ck的距离d(mk，j, ck)，选 择距离最小的节点更新本簇的簇头节点，其中，j = 1，2,…，D ; (106) 用更新后的簇头节点作为每个簇的初始簇头，反复执行步骤2至步骤5,直至每 个簇的簇头节点不再发生任何变化，记录每个簇的簇节点集合Ω k和相应的簇头节点m k^。
3. 如权利要求2所述的一种基于无线能量的认知网络分簇协作频谱感知方法，其特征 在于，在所述的分簇和簇头选择方法中，设定节点a和b的空间坐标分别为（a x, ay, az)和 (bx, by, bz)，a和b之间的距离d (a, b)的计算方式为：
如果某个簇的节点集合为Ω = {a1，a2, ...，a11}，节点a1的坐标为（iCa^ a))，簇中心c 的坐标（cx，cy，cz)的更新方式为：
4. 如权利要求1所述的一种基于无线能量的认知网络分簇协作频谱感知方法，其特征 在于，所述步骤3所采用的普通节点无线能量采集和传输方法，具体步骤步骤包括： (301) 普通节点在协作频谱感知时隙，接收主用户频谱中的射频信号； 主用户存在时，接收射频信号主要包括主用户信号和其它噪声信号，主用户不存在时， 接收射频信号主要包括其它噪声信号； (302) 将接收的射频信号和本地振荡器产生的本地震荡信号通过混频器，产生整流电 路可处理的中频交流信号； (303) 将中频交流信号通过带通滤波器，调谐到整流电路可处理的频率范围，降低处理 信号时向外界辐射的无线能量； (304) 利用整流电路将中频交流信号转化成直流信号； (305) 将直流信号通过低通滤波器，滤除直流信号中的基波和谐波信号，并获得直流电 压，将直流电压加载到充电电池并存储电荷； (306) 在能量传输时隙，存储的电能驱动信号发生器、功率放大器和信号调制器工作， 并为它们补充电能； (307) 信号发生器产生任意信号，通过功率放大器对信号的功率进行适当放大，通过信 号调制器将功率放大器的输出信号调制到特定频率，通过天线向簇头节点发射信号； (308) 簇头节点在能量传输时隙，接收本簇内所有普通节点发射的信号，并利用步骤 302至步骤305,采集所有接收信号的无线能量并存储到充电电池中。
5. 如权利要求1所述的一种基于无线能量的认知网络分簇协作频谱感知方法，其特征 在于，步骤2中，所述簇头节点协作频谱感知方法，具体实现步骤包括： (201) 每个簇头节点在本地感知时隙，采用能量检测方法独立的对主用户进行本地 频谱感知，通过将接收信号的能量统计值和检测门限作比较，获得对主用户的本地检测结 果； (202) 每个簇头节点在协作交互时隙对应分配的子时隙内，向其它簇头节点报告本地 检测信息； 如果本地检测主用存在，报告信息为1，否则，报告信息为0 ; (203) 簇头节点根据接收到的所有报告信息，对主用户是否存在进行判断： 当半数或者超过半数的报告信息均为1，则判断主用户存在于频谱中； 当超过半数的报告信息均为〇,则判断主用户不存在于频谱中。
6. 如权利要求1所述的一种基于无线能量的认知网络分簇协作频谱感知方法，其特征 在于，步骤2中，所述簇头节点协作频谱感知方法，具体实现步骤包括： (211) 每个簇头节点在本地感知时隙，采用能量检测方法独立的对主用户进行本地频 谱感知，簇头节点获得接收信号的能量统计值； (212) 每个簇头节点在协作交互时隙对应分配的子时隙内，向其它簇头节点报告本地 感知的能量统计值； (213) 簇头节点采用能量检测方法，对接收到的所有能量统计值再次进行统计平均，并 得到全局能量统计值，将全局能量统计值和全局检测门限作比较，获得对主用户存在与否 的最终判决。
7. 如权利要求6所述的一种基于无线能量的认知网络分簇协作频谱感知方法，其特征 在于，步骤（213)中，所述能量检测方法，具体实现步骤包括： (1) 接收主用户频谱中的信号，并对接收信号采样，采样频率为信号最高频率的二倍以 上； (2) 将信号采样点的幅度值平方，获得采样点的能量值； (3) 对所有采样点的能量值统计平均，即累加求和再求均值，获得能量统计值； (4) 将能量统计值和检测门限作比较，检测门限选取为频谱中噪声最大时的噪声功 率； 如果能量统计值大于检测门限，判定主用户存在于频谱中，否则判定主用户不存在于 频谱中。
8. 如权利要求4所述的一种基于无线能量的认知网络分簇协作频谱感知方法，其特征 在于，步骤304中，所述整流电路具体为半波整流电路、全波整流电路、电压倍增电路或整 流天线中的一种。
【专利摘要】本发明公开了一种基于无线能量的认知网络分簇协作频谱感知方法，将认知网络的帧结构分为协作频谱感知时隙、能量采集时隙和数据传输时隙，协作频谱感知时隙包括本地感知时隙和协作交互时隙，协作交互时隙包括K个子时隙，将网络节点分成若干个簇，所有簇头节点在协作频谱感知时隙协作感知主用户，每个簇的普通节点在协作频谱感知时隙采集主用户的无线能量，在能量传输时隙向簇头节点传输无线能量来补充协作交互的耗能。本发明的有益效果为：认知网络通过选择少量簇头节点参与协作，以及利用普通节点向簇头节点传输无线能量，能够显著减少协作交互的时间和能量开销。
【IPC分类】H04B17-382
【公开号】CN104660355
【申请号】CN201510106176
【发明人】刘鑫, 闫钧华, 贾敏, 仲伟志, 陈琨奇, 孔繁锵, 井庆丰
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年3月11日