感知無線電系統(tǒng)中的頻譜感測技術研究.pdf

1、無線通信業(yè)務需求的持續(xù)增長，導致無線通信系統(tǒng)對無線頻譜資源的需求也不斷增加，使得目前適宜于無線通信服務的頻譜資源變得十分稀缺。但研究表明：目前適宜無線通信的頻譜資源一方面十分稀缺，一方面又浪費嚴重。其原因在于：靜態(tài)的頻譜規(guī)劃體制與動態(tài)的頻譜利用方式之間不匹配，造成無線頻譜規(guī)劃緊張，頻譜使用率低。為此，突破頻譜共享無線通信系統(tǒng)的關鍵技術、開發(fā)頻譜資源共享的無線通信系統(tǒng)、從系統(tǒng)級的角度提高整體頻譜利用效率成為解決上述矛盾的重要途徑，是今后一

2、個時期無線通信的戰(zhàn)略性發(fā)展方向之一。
　　 感知無線電系統(tǒng)能夠實現(xiàn)頻譜資源共享，提高頻譜利用率。作為實現(xiàn)頻譜共享的關鍵技術，好的頻譜感測算法為頻譜共享和提高頻譜利用率提供了基本保障。未來感知無線電系統(tǒng)使用的頻譜感測算法不僅要提高感測頻譜空洞能力，還要降低或者消除對授權用戶的干擾，而這是實現(xiàn)動態(tài)頻譜接入需要滿足的基本條件。本文以感知無線電系統(tǒng)中的頻譜感測算法為主線，分別研究了循環(huán)特征頻譜感測算法、能量頻譜感測算法、協(xié)同與數(shù)據(jù)融合頻

3、譜感測算法。
　　 （1）循環(huán)平穩(wěn)特征頻譜感測：大多數(shù)通信信號可以認為是循環(huán)平穩(wěn)信號，因此具有循環(huán)平穩(wěn)特性，且不同信號具有不同的循環(huán)平穩(wěn)特性，而噪聲沒有循環(huán)平穩(wěn)特性，根據(jù)循環(huán)平穩(wěn)特征，在頻譜池系統(tǒng)中感測并提取所需信號。
　　 通過獲取頻譜池系統(tǒng)中授權用戶和感知用戶的二階循環(huán)譜特性感測空閑頻譜，根據(jù)認知用戶接受到信號的循環(huán)平穩(wěn)特性，預測授權用戶存在與否，從而估計信道分配狀態(tài)信息；提出一種新的循環(huán)頻譜感知方案，提高了頻譜感測

4、的性能，增強了有效對抗噪聲的波動性，改善了感測微弱信號穩(wěn)健性，滿足了低信噪比環(huán)境下的頻譜感測技術要求。此算法的明顯缺點是實現(xiàn)復雜度高，而現(xiàn)在常用的為能量感測算法。
　　 （2）能量感測：因為實現(xiàn)簡單，現(xiàn)在大部分文獻都采用能量頻譜感測算法。此算法的優(yōu)點是不需要知道信號的特征信息，采取設定能量門限的方式進行判決，但是此算法對噪聲比較敏感，尤其是工作在低信噪比環(huán)境下的感知無線電系統(tǒng)，此算法對噪聲敏感的問題更為明顯。
　　 詳細

5、研究了信噪比、噪聲短時間內(nèi)平均功率波動性和感測時長之間的關系，得出了噪聲短時間內(nèi)平均功率的微小變化，會引起感測性能的急劇下降的結論。基于此，提出了動態(tài)門限的能量感測算法，此算法增強對抗噪聲短時間內(nèi)平均功率波動性的魯棒性，提高了能量感測算法的感測靈敏度。同時給出另外一種改進的頻譜感知算法，即授權用戶發(fā)送的信號由導頻信號和信號結構未知的信號兩部分組成，采用匹配濾波器和能量感測聯(lián)合的頻譜感知算法，先對已知的導頻信號進行匹配濾波器感測，再對輸出

6、結果進行能量感測。此算法同樣適用于提高能量感測算法的感測性能和感測靈敏度。
　　 （3）協(xié)作和數(shù)據(jù)融合頻譜感測：由于感知用戶與授權用戶間缺乏信息交互，且感知用戶的頻譜感測通常是在低信噪比情況下完成的，而且感測環(huán)境通常包括多徑大尺度衰落的可視距線路和隱藏站點，為了獲得更為準確的感測信息，可采用多用戶協(xié)作和數(shù)據(jù)融合頻譜感測方案。
　　 給出一種基于最大比合并的多感知用戶協(xié)作頻譜感測算法，在低信噪比環(huán)境下，即使噪聲短時間內(nèi)的平

7、均功率存在較大的波動性，只要增加參與感測的協(xié)作用戶數(shù)，那么由于噪聲平均功率波動性造成的感測性能下降部分就完全可以消除，仍可獲得較為準確的感測性能，給出理論分析和仿真結果。同時對數(shù)據(jù)融合頻譜感測算法作了相應的研究，算法首先計算融合中心接收數(shù)據(jù)的對數(shù)似然比函數(shù)與判決授權用戶存在的感知用戶數(shù)之間的關系，而融合中心得到的判決授權用戶存在的感知用戶數(shù)包括正確判決授權用戶存在的認知用戶和沒有授權用戶卻判決存在授權用戶的感知用戶，然后根據(jù)它們之間的統(tǒng)