認(rèn)知無線電中協(xié)作頻譜感知技術(shù)研究.pdf

1、隨著無線通信的高速發(fā)展，在各種環(huán)境(家庭、辦公室、公共區(qū)域等)中與無線通信相關(guān)的新技術(shù)、新設(shè)備以及新服務(wù)也在迅速發(fā)展，從而導(dǎo)致了頻譜過度擁擠，頻譜資源匱乏現(xiàn)象日益突出，然而大部分靜態(tài)分配頻譜的頻譜利用率卻很低。認(rèn)知無線電通過伺機(jī)使用授權(quán)頻段來提高頻譜利用率，成為未來無線通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　頻譜感知技術(shù)是實(shí)現(xiàn)認(rèn)知無線電系統(tǒng)的前提，多個(gè)感知次用戶共同進(jìn)行協(xié)作頻譜感知，可以提高頻譜感知的檢測性能的可靠性，同時(shí)可以解決隱終端問題并減

2、少頻譜感知時(shí)間，成為近幾年頻譜感知技術(shù)的研究熱點(diǎn)。本文重點(diǎn)研究了協(xié)作頻譜感知加權(quán)數(shù)據(jù)融合算法、基于信號(hào)能量概率密度(Energy probabilitydistribution，EPD)的協(xié)作頻譜感知算法和我國地面數(shù)字多媒體廣播(DigitalMultimedia Broadcasting-Terrestrial，DMB-T)信號(hào)的協(xié)作頻譜感知算法，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：
　　(1)基于能量檢測的最優(yōu)協(xié)作頻譜感知算法指出，將較大觀測值賦

3、予較大的權(quán)重進(jìn)行數(shù)據(jù)融合可以得到更好的檢測性能，論文提出了一種加權(quán)1比特協(xié)作頻譜感知算法。設(shè)計(jì)雙門限將觀測能量值分為3個(gè)區(qū)域，當(dāng)能量值落入中間區(qū)域時(shí)，本地感知次用戶不傳送任何信息到數(shù)據(jù)融合中心。在虛警概率固定的條件下來最大化檢測概率，通過將中間區(qū)域的權(quán)重值分段來簡化整個(gè)優(yōu)化過程。在協(xié)作頻譜感知次用戶數(shù)為4，采樣點(diǎn)數(shù)為100，主用戶到次用戶之間信道獨(dú)立同瑞利分布，系統(tǒng)虛警概率不高于0.01并且漏檢概率不高于0.1時(shí)，提出算法性能與等增益合

4、并(Equal Gain Combining，EGC)算法相當(dāng)，相比傳統(tǒng)“OR算法”要有0.5 dB的性能增益并且可以減少約39％向數(shù)據(jù)融合中心傳送感知結(jié)果的比特開銷。
　　(2)提出了一種基于協(xié)作感知次用戶數(shù)量的加權(quán)比特?cái)?shù)據(jù)融合算法，根據(jù)參與協(xié)作頻譜感知的用戶數(shù)量來確定所使用的門限數(shù)量和相應(yīng)區(qū)域?qū)?yīng)的權(quán)重值，在虛警概率固定的條件下提出了一種搜索方法來尋找最優(yōu)門限值，以達(dá)到檢測概率最大化。在采樣點(diǎn)數(shù)為100，主用戶到次用戶之間信道

5、獨(dú)立同瑞利分布情況下，當(dāng)協(xié)作感知次用戶數(shù)大于3時(shí)，提出的加權(quán)數(shù)據(jù)融合算法性能甚至優(yōu)于EGC算法，同時(shí)提出的門限值搜索方法還適用于其他權(quán)重設(shè)置下最優(yōu)門限值的搜索。
　　(3)提出了一種基于信號(hào)EPD的協(xié)作頻譜感知算法。感知次用戶將接收的每個(gè)采樣信號(hào)能量與給定門限值作比較，統(tǒng)計(jì)大于該門限值的樣點(diǎn)個(gè)數(shù)傳送給數(shù)據(jù)融合中心。數(shù)據(jù)融合中心將感知疊加結(jié)果與噪聲EPD進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算來得到最終的判決結(jié)果，理論分析了利用EPD來區(qū)分主用戶信號(hào)與噪聲信號(hào)

6、的協(xié)作頻譜感知檢測性能。當(dāng)次用戶使用的采樣樣點(diǎn)很少時(shí)，由于本地報(bào)告結(jié)果為大于給定門限的數(shù)量，EPD算法的量化比EGC算法容易，同時(shí)不需要主用戶的先驗(yàn)信息。此外論文還研究了利用EPD來區(qū)分不同主用戶信號(hào)類型的判錯(cuò)概率。
　　(4)研究了我國DMB-T系統(tǒng)的協(xié)作頻譜感知算法。DMB-T系統(tǒng)共有三種幀頭模式，根據(jù)信道情況實(shí)際應(yīng)用只使用其中的一種。論文理論上分析了三種模式單節(jié)點(diǎn)能量檢測算法的虛警和漏檢概率。對(duì)于幀頭模式2，提出了基于匹配濾

7、波器方法的單節(jié)點(diǎn)相關(guān)頻譜感知算法；對(duì)于幀頭模式1和模式3，提出了新的擴(kuò)展PN序列作為本地相關(guān)序列來進(jìn)行單節(jié)點(diǎn)頻譜感知。仿真結(jié)果表明提出的相關(guān)頻譜感知算法相比能量檢測、PN序列相關(guān)(PN Correlation，PNC)和循環(huán)擴(kuò)展相關(guān)(CyclicExtension Correlation，CEC)頻譜感知算法，其檢測性能要優(yōu)越很多?；谔岢龅谋镜叵嚓P(guān)檢測算法，論文研究了最優(yōu)1比特?cái)?shù)據(jù)融合算法、基于協(xié)作次用戶數(shù)量的加權(quán)數(shù)據(jù)融合算法、EGC