基于熵測(cè)度理論的高效頻譜利用關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著無(wú)線通信技術(shù)和市場(chǎng)的飛速發(fā)展和擴(kuò)大,通信服務(wù)追求的高數(shù)據(jù)速率和大覆蓋范圍與現(xiàn)有頻譜資源日益緊缺的矛盾越來(lái)越突出,造成頻譜擁擠和重疊的現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重,這種緊張的供需矛盾無(wú)論對(duì)于軍事領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域的無(wú)線通信系統(tǒng)部署和應(yīng)用都會(huì)形成嚴(yán)重的干擾、沖突,甚至通信中斷。為了有效緩解這一矛盾,眾多學(xué)者和工程技術(shù)人員對(duì)高效頻譜利用關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)展了深入的研究。目前的研究主要集中于兩個(gè)方面,一方面在現(xiàn)有固定頻譜分配策略下,盡可能的提高單位頻帶的系統(tǒng)傳輸性能

2、；另一方面基于認(rèn)知無(wú)線電思想,在準(zhǔn)確感知無(wú)線環(huán)境的基礎(chǔ)上,動(dòng)態(tài)的接入空閑頻譜資源。但是由于無(wú)線頻譜的復(fù)雜性,這些研究都面臨著諸多有待解決的問(wèn)題。因此,如何利用好現(xiàn)有交叉學(xué)科理論工具,進(jìn)一步推動(dòng)高效頻譜利用關(guān)鍵技術(shù)研究成為一項(xiàng)重要的研究課題。
　　 熵作為一種系統(tǒng)無(wú)序能和不確定性的測(cè)度,目前已經(jīng)應(yīng)用于廣闊的科學(xué)研究領(lǐng)域,基于熵的序列復(fù)雜度測(cè)度理論能夠通過(guò)序貫數(shù)據(jù)序列的統(tǒng)計(jì),測(cè)度出隱含在序列背后的系統(tǒng)不確定度,或者復(fù)雜程度,有效揭示

3、系統(tǒng)的本質(zhì)特性和規(guī)律。因此,作為一種有效的測(cè)度理論,其能夠應(yīng)用于高效頻譜利用關(guān)鍵技術(shù)的眾多方面,特別是在頻譜資源使用安全性分析,認(rèn)知無(wú)線電頻譜感知算法以及動(dòng)態(tài)頻譜接入等領(lǐng)域有更加廣闊的研究空間。本文基于熵測(cè)度理論對(duì)高效頻譜利用關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)展了研究,主要工作為:
　　 首先,研究和介紹了應(yīng)用于高效頻譜利用關(guān)鍵技術(shù)的熵測(cè)度理論基礎(chǔ),提出了新的熵概念和測(cè)度方法。針對(duì)現(xiàn)有熵測(cè)度理論中存在的不足和局限性,研究了基于模糊熵(FuzzyEn)的

4、序列復(fù)雜度測(cè)度,推導(dǎo)了其具有的兩個(gè)基本定理。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步給出了模糊關(guān)系熵(F-REn)的定義,分析和研究了F-REn的測(cè)度內(nèi)涵和基本性質(zhì)。在對(duì)序列符號(hào)空間的適用性、對(duì)測(cè)量維度參數(shù)的敏感性、對(duì)分辨率參數(shù)的魯棒性和對(duì)采樣點(diǎn)數(shù)的依賴性方面,FuzzyEn和F-REn具有更加優(yōu)越的性能。
　　 之后,提出和討論了跳頻/擴(kuò)頻(FH/SS)序列安全性能分析的熵測(cè)度新方法。將模糊隸屬函數(shù)的概念引入到FH/SS序列復(fù)雜度的統(tǒng)計(jì)學(xué)測(cè)度方法之

5、中,構(gòu)建了基于FH/SS序列復(fù)雜度測(cè)度的模糊隸屬函數(shù),給出了模糊近似熵(Fuzzy ApproximateEntropy,F-AEn)定義,推導(dǎo)了其具有的兩個(gè)基本定理,并將其作為FH/SS序列復(fù)雜度測(cè)度的新標(biāo)準(zhǔn),有效克服了基于近似熵(ApEn)的FH/SS序列復(fù)雜度分析方法的局限性,提高了FH/SS序列安全性能分析的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。
　　 進(jìn)而,提出和分析了基于非均勻量化條件下的頻域熵檢測(cè)方案。針對(duì)噪聲不確定度對(duì)能量檢測(cè)結(jié)果存在

6、較大影響的問(wèn)題,分析了時(shí)域熵和均勻量化頻域熵的檢測(cè)有效性問(wèn)題。并在此基礎(chǔ)上,利用離散最大熵定理,證明了在非均勻量化條件下,頻域熵的檢測(cè)最優(yōu)性。與均勻量化條件下的頻域熵檢測(cè)方案相比,該算法有效的提高了檢測(cè)性能,并且在檢測(cè)中同樣不受噪聲不確定度的影響。
　　 最后,研究和探索了基于熵測(cè)度理論的認(rèn)知無(wú)線電動(dòng)態(tài)頻譜接入模型信道狀態(tài)參數(shù)預(yù)測(cè)和感知周期調(diào)整機(jī)制。構(gòu)建了參數(shù)動(dòng)態(tài)條件下的部分可觀測(cè)馬兒可夫決策過(guò)程(POMDP)動(dòng)態(tài)頻譜接入模型,