1.一种基于多用户多信道感知的频谱共享能量消耗优化方法，所述多用户多信道感知处于认知多址接入系统中，其特征在于，包括以下步骤：

101、在认知多址接入系统中，获取τ、Θ、P(0)及P(1)，其中τ表示次用户的感知时间，Θ表示信道分配矩阵，P(0)和P(1)表示功率分配矩阵，利用η(τ,Φ,P(0),P(1))表示认知多址接入系统中次用户的能量消耗：η(τ,Θ,P(0),P(1))＝E(τ,P(0),P(1))/C(τ,Θ,P(0),P(1))；C(τ,Θ,P(0),P(1))表示一个帧周期的平均发送的数据，E(τ,P(0),P(1))表示一个帧周期的平均能量消耗，Θ表示信道分配矩阵，步骤101具体包括：步骤一、该方案的系统由K个次用户和N个主用户信道组成，并且K个次用户能够同时接入这N个主用户信道，即构成一个认知多址接入系统；由于次用户在接入主用户信道之前会进行频谱感知，因此次用户的一个数据帧周期就包含感知时间和数据传输时间；数据帧周期和感知时间分别用T和τ表示，那么一个帧周期内次用户的数据传输时间就为T-τ；

步骤二、K个次用户根据不同的信道感知结果来分配不同的功率在N个主用户信道上进行传输；如果检测到第n个信道空闲，1≤n≤N，次用户k将采用较高功率的Pn,k(0)进行发送数据，1≤k≤K，否则采用相对较低功率的Pn,k(1)发送数据；假设信道为平坦衰落，对于信道n，主用户发射机与次用户k接收机之间，次用户k发射机与次用户k接收机之间，次用户k发射机与主用户接收机之间的信道功率增益分别表示为 且具有遍历性和平稳性；次用户接收端的噪声服从零均值，方差为σ2的独立同分布的循环对称复高斯分布；根据信道检测结果的二元性，第n个信道的虚警概率表示为其中，τ为感知时间，γn为次用户接收机在信道n上接收到的信噪比(SNR)，fs表示抽样频率， 表示次用户在信道n的检测概率；

步骤三、为了避免不同次用户之间的干扰，在一个数据帧周期内，每个信道最多只能分配给一个次用户，而每个次用户可以同时在多个信道上发送数据；用θn,k∈{1,0}表示信道分配指示符；当信道n分配给次用户k时，θn,k为1，否则为0；信道分配矩阵 其满足步骤四、系统中的能量消耗包括发送信号功率、电路功率，一个数据帧周期内的功率消耗为其中，ζ为功率放大器(PA)的转换效率，ξ为功率放大器的峰均比(PAR)，Pc为电路功率；

由于频谱感知是非理想的，因此，基于频谱感知的结果和主用户在每个信道的实际状态，次用户分别有4种不同的瞬时传输速率；用传输速率r的第一个下标表示主用户的实际状态，第二个下标表示次用户的判决结果；

当次用户成功检测到主用户的空闲状态时第k个次用户在信道n的速率为当次用户没能检测到主用户的空闲状态时第k个次用户在信道n的速率为当次用户没能检测到主用户的占用状态时第k个次用户在信道n的速率为当次用户成功检测到主用户的占用状态时第k个次用户在信道n的速率为其中，Pp,n为主用户在信道n的发送信号功率，σ2＝N0BNf为接收机端的噪声；N0为单边功率谱密度，B为信道带宽，Nf为噪声系数；

步骤五、次用户k在信道n上的平均吞吐量为

其中，

这里，H0,n为主用户在信道n的空闲概率，H1,n为主用户占用信道n的概率；由式(9)可以得到次用户k在N个信道上，一个帧周期内的平均发送的数据那么K个次用户在N个信道上，一个帧周期的平均发送的数据就为其中，E[·]表示期望运算， 和 为功率分配矩阵；次用户k在信道n的平均功率消耗为

因此，次用户k在N个信道上，一个帧周期的平均能量消耗为其中，Psens为感知功率；K个次用户在N个信道上，一个帧周期的平均能量消耗为由于次用户受到自身的功率预算限制，考虑平均发送功率约束是十分必要的；其约束条件可以表示为其中，Pm表示次用户的最大平均发送功率；

认知无线电系统中，保证主用户的服务质量具有最高优先级，需要考虑次用户对主用户的干扰；根据前面的分析，次用户k的平均干扰功率约束可以表示为其中，PL为主用户在信道n上能够容忍的最大平均干扰功率；综上所述，能量消耗优化问题可以表述为

102、对步骤101的次用户的能量消耗η(τ,Φ,P(0),P(1))进行凸松弛并转化为一个含参数λ的线性问题，即函数F(λ)，具体包括：由于θn,k∈{1,0}，导致能量消耗优化问题是一个非凸整型组合分式规划问题；为了求得最优解，对式(18)进行凸松弛，把离散的 转化为连续的 其满足因此，式(5)(6)(7)(8)的速率表达式修改为上式中的μn,k可以理解为一个信道上的频谱共享，为了符号统一，用 代替式(18)中的E；因此，式(18)就转化为由于感知时间τ在(0,T)范围内，可以采用一维的穷举搜索来获得最佳感知时间，其表示为然后，最优的信道及功率分配U*、P(0)*和P(1)*表示为对于U、P(0)、P(1),式(24)是一个非线性分式规划问题；利用分式规划理论，引入一个参数λ，将其转化为一个含参数的线性问题，得到下面这个函数这里，τ被当成一个常量；定义

103、通过二分法及凸优化法求得函数F(λ)的最小值λ*，即次用户能量消耗的最小值，完成能量消耗优化，具体包括：根据Dinkelbach的关于非线性分式规划的研究，当且仅当那么式(24)和式(27)的关系为

证明如下，

充分性：

当 时，

必要性：

当

时，

证明完毕；

* * (0)* (1)*

也就是说，λ为式(24)的解，即最小值，且在(U ,P ,P )处取得；下面，将介绍如何求解λ*；首先，证明F(λ)是一个关于λ的单调递减函数；

设λ1<λ2，

因此，F(λ)是一个关于λ的单调递减函数；在一个包含λ*的区间[λmin,λmax]内，采用二分法来找出λ*；算法如下：第一步：确定区间[λmin,λmax]，验证F(λmin)·F(λmax)<0，给定精确度ε；

第二步：λ＝(λmin+λmax)/2；

第三步：采用凸优化技术，求解式(27)，并计算出F(λ)；

第四步：1)若F(λ)＝0，则λ＝λ*；

2)若F(λmin)·F(λ)<0，则令λmax＝λ；

3)若F(λ)·F(λmax)<0，则令λmin＝λ；

第五步：判断是否达到精确度：若|λmin-λmax|<ε，则得到λ*，否则重复第二步到第四步；

参数ε是预先设定的一个极小值，只要确定了λ*，那么也将获得对应的最优信道及功率配置。