認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)協(xié)作頻譜感知效率及魯棒性研究.pdf

1、近來，動態(tài)頻譜接入策略吸引了諸多關(guān)注。該策略允許非授權(quán)用戶在不對授權(quán)用戶造成干擾的前提下，以“伺機(jī)”方式利用空閑授權(quán)頻段，從而大幅提高頻譜資源的利用效率。認(rèn)知無線電技術(shù)被認(rèn)為是實現(xiàn)動態(tài)頻譜接入策略的一種主流方案。該技術(shù)能夠自動對無線環(huán)境進(jìn)行檢測，識別和利用當(dāng)前未被使用的授權(quán)頻段，并能夠在授權(quán)用戶返回時及時退出這些頻段。
　　 為了有效利用空閑帶寬，同時盡可能地避免對授權(quán)用戶造成干擾，采用認(rèn)知無線電技術(shù)的非授權(quán)用戶必須能夠快速準(zhǔn)確

2、地實施頻譜感知。由于無線信道的不確定性，以及非授權(quán)用戶本身硬件條件的限制，單靠一個非授權(quán)用戶很難達(dá)到令人滿意的頻譜感知效果。為了解決這個問題，協(xié)作式頻譜感知作為一種有效的解決方案被提了出來。通過利用位于不同空間位置的非授權(quán)用戶所帶來的空間分集增益，協(xié)作式頻譜感知能夠顯著提高頻譜感知的可靠性。
　　 然而限于協(xié)作式頻譜感知本身的技術(shù)特點和實施成本，其在認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用還存在著如下待解決的問題：
　　 參與協(xié)作感知的用

3、戶需要把本地感知結(jié)果回傳到數(shù)據(jù)融合節(jié)點，這將產(chǎn)生時間開銷。如何靈活處理該時間開銷會對協(xié)作頻譜感知性能產(chǎn)生重大影響。
　　 當(dāng)前大部分研究都假設(shè)授權(quán)頻段狀態(tài)在執(zhí)行協(xié)作頻譜感知時是穩(wěn)定的。但是，授權(quán)頻段狀態(tài)完全有可能在頻譜感知執(zhí)行過程中發(fā)生變化，這將對協(xié)作感知帶來挑戰(zhàn)。
　　 在協(xié)作感知中，惡意節(jié)點會向數(shù)據(jù)融合中心傳送虛假的感知信息，這將不可避免地降低協(xié)作頻譜感知性能。提高協(xié)作感知的魯棒性是一個亟待解決的問題。
　　

4、 針對上述問題，本文的研究將從以下三個方面展開：(1)基于流水線架構(gòu)的協(xié)作頻譜感知機(jī)制研究；(2)基于多進(jìn)程并行檢測的數(shù)據(jù)融合算法研究；(3)基于加權(quán)序貫似然比檢測的協(xié)作頻譜感知魯棒機(jī)制研究。
　　 本文的工作得到了國家自然科學(xué)基金“自組織認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究”(No.60602029)和“基于網(wǎng)絡(luò)效用最大化的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究”(No.60772088)，以及武漢市青年科技晨光計劃項目“認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究”（20

5、0750731261）
　　 的資助。
　　 針對上述問題，本文取得的研究成果包括如下幾個方面：
　　 1.基于流水線架構(gòu)的協(xié)作頻譜感知機(jī)制：在本研究工作中，每個感知周期內(nèi)消耗在本地感知結(jié)果回傳上的時間不再單純被視為一種開銷，而是被看作一種能夠用來提高頻譜感知效能的資源。本研究創(chuàng)新性地將流水線架構(gòu)引入了協(xié)作頻譜感知。在該架構(gòu)下，不同次級用戶的本地頻譜感知操作和結(jié)果回傳操作能夠并行地執(zhí)行。該協(xié)作感知機(jī)制的主要目的是

6、：通過靈活利用回傳時間開銷，將頻譜檢測操作從感知時段延伸到本地結(jié)果回傳時段，從而大幅提高用于頻譜檢測的時間窗口寬度。
　　 2.基于多進(jìn)程并行檢測的數(shù)據(jù)融合算法：本研究的主要目的是在上一研究的基礎(chǔ)上提出一種能與流水線架構(gòu)相配合的數(shù)據(jù)融合算法。該數(shù)據(jù)融合算法以序貫似然比檢測技術(shù)為原型，通過引入多進(jìn)程并行檢測機(jī)制，能夠?qū)κ跈?quán)頻段狀態(tài)的變化作出快速反應(yīng)，并根據(jù)頻譜狀態(tài)跳變點發(fā)生的位置動態(tài)調(diào)整自身融合過程，實現(xiàn)對頻譜狀態(tài)跳變點的主動跟蹤

7、。該多進(jìn)程并行檢測機(jī)制能夠進(jìn)一步發(fā)揮頻譜檢測窗口增寬所帶來的性能優(yōu)勢，從而實現(xiàn)對流水線架構(gòu)工作潛力的充分發(fā)掘。
　　 3.基于加權(quán)序貫似然比檢測的協(xié)作頻譜感知魯棒機(jī)制：在前述研究工作的基礎(chǔ)上，本研究進(jìn)一步提出一個用于增強(qiáng)協(xié)作感知魯棒性的魯棒機(jī)制。該魯棒機(jī)制以加權(quán)似然比檢測技術(shù)為核心，以基于滑動檢測窗口的信譽(yù)記錄機(jī)制和基于雙門限判決的分段權(quán)值分配機(jī)制作為輔助手段，能夠在保證協(xié)作感知運(yùn)行效率和減少誤判概率的前提下有效應(yīng)對不同復(fù)雜程度