基于自由概率理論的頻譜感知技術(shù)研究.pdf

1、認(rèn)知無線電（Cognitive Radio, CR）作為提高頻譜利用率、解決頻譜資源緊張問題的有效手段已經(jīng)受到了廣泛的關(guān)注和研究，它允許認(rèn)知用戶（Cognitive User, CU）利用主用戶（Primary User, PU）的空閑授權(quán)頻段進行通信。頻譜感知是 CR的前提和基礎(chǔ)，其主要任務(wù)就是檢測PU的授權(quán)頻段是否空閑，因此頻譜感知的性能對于整個CR系統(tǒng)來說至關(guān)重要。
　　自由概率理論（Free Probability The

2、ory，F(xiàn)PT）近年來發(fā)展迅速，它是隨機矩陣?yán)碚摚≧andom Matrix Theory, RMT）的重要分支，其主要思想是在兩個隨機矩陣與它們的和矩陣或乘積矩陣之間建立緊密聯(lián)系，現(xiàn)已成為解決無線通信問題的重要工具之一。
　　本文將FPT和頻譜感知有機結(jié)合。首先，針對現(xiàn)有的頻譜感知算法在低信噪比或者少量采樣數(shù)的情況下感知性能較差的問題，介紹了時不變感知信道下基于FPT的頻譜感知算法，并提出了時變感知信道下基于FPT的頻譜感知新算

3、法。它們通過建立和求解漸近自由方程從接收樣本協(xié)方差矩陣中提取出平均接收信號功率。仿真結(jié)果表明，基于FPT的頻譜感知算法具有快速的收斂性，能夠有效提高在低信噪比和少量采樣數(shù)情況下的感知性能。
　　然后，針對數(shù)據(jù)融合準(zhǔn)則會導(dǎo)致 CU花費大量時間、能量和頻譜去傳輸觀測數(shù)據(jù)以及融合中心（Fusion Center, FC）的負(fù)載加重、響應(yīng)慢等問題，提出了基于FPT的判決融合協(xié)作頻譜感知新算法，CU只需要將本地判決結(jié)果通過報告信道發(fā)送給FC

4、進行處理。仿真結(jié)果表明，新算法的感知性能能夠得到保證并且優(yōu)于基于RMT的算法，即使后者使用數(shù)據(jù)融合準(zhǔn)則。
　　最后，為了降低 CR系統(tǒng)開銷以及克服非理想報告信道對協(xié)作頻譜感知的影響，提出了基于FPT的分簇選擇式協(xié)作頻譜感知算法。一方面將分簇思想引入到頻譜感知中，在簇內(nèi)使用基于FPT的算法；另一方面令每個簇的簇頭只發(fā)送表示PU信號存在的簇內(nèi)判決結(jié)果。兩者能夠有效降低系統(tǒng)開銷，提高感知性能。仿真結(jié)果表明新算法的感知性能優(yōu)于使用傳統(tǒng)OR