認知無線電中空閑頻譜檢測技術的研究.pdf

1、隨著無線通信技術的快速發(fā)展，目前寬帶多媒體業(yè)務已經(jīng)成為無線服務重點，而無線頻譜資源的匱乏已成為實現(xiàn)高性能無線服務的嚴重屏障。動態(tài)頻譜接入被認為是解決無線頻譜資源緊張、利用率低下的有效途徑。認知無線電技術能夠動態(tài)利用時間和空間上空閑的無線授權頻段，為新的無線應用提供可用的頻譜資源，因此它被認為是未來實現(xiàn)動態(tài)頻譜接入的理想載體。而空閑頻譜檢測作為認知無線電物理層的關鍵技術之一，它是認知無線電系統(tǒng)能夠正常工作的前提。本文從快速、準確、高靈敏度

2、的檢測要求出發(fā)，對單感知用戶頻譜檢測技術、多天線頻譜檢測技術、多感知用戶合作頻譜檢測技術做了深入研究。
　　在第1章，首先對認知無線電的頻譜檢測的特殊性進行了討論；然后對頻譜檢測技術進行了比較詳細的分類；并對各種頻譜檢測方法的優(yōu)缺點進行了歸納總結；此外，還對各種方法中具有代表性的文獻的內容要點進行了闡述。
　　在第2章，首先介紹了信號檢測的基本概念，基本準則。然后為了克服能量檢測方法易受噪聲功率不確定性影響的嚴重缺點，提出了

3、一種基于廣義似然比準則的頻譜檢測算法，該算法首先通過最大似然準則分別對兩種假設下的似然函數(shù)中的未知參數(shù)進行估計，然后按照似然比檢驗準則產生一個與噪聲功率無關的檢測統(tǒng)計量。通過數(shù)學推導和仿真實驗都證明了該檢測統(tǒng)計量在任何信道條件下都具有良好的抗噪聲不確定性的優(yōu)點。當存在噪聲不確定性時，仿真結果還表明在接收數(shù)據(jù)長度和信噪比相同的條件下，本文GLRT算法的檢測概率將明顯高于能量檢測法。
　　在第3章，首先對循環(huán)譜的基本理論、估計方法進行

4、了闡述。然后介紹了Dandawate和Giannakis提出的循環(huán)譜統(tǒng)計量檢測算法。最后從降低循環(huán)譜檢測統(tǒng)計量構造復雜度、如何設置判決門限、提高檢測概率的角度出發(fā)，提出了一種基于頻域平滑的循環(huán)譜統(tǒng)計量(FSCSS)頻譜檢測算法，在對檢測統(tǒng)計量的概率分布進行了理論分析的基礎之上，通過數(shù)學推導得到了高斯白噪聲信道和瑞利衰落信道下，檢測統(tǒng)計量虛警概率和檢測概率的解析表達式，并解決了判決門限的設置問題。隨后把在一個循環(huán)頻率處構造檢測統(tǒng)計量的方法

5、推廣到在兩個循環(huán)頻率處構造檢測統(tǒng)計量的情景中。仿真實驗的結果表明：在接收數(shù)據(jù)長度和信噪比相同的條件下，本文FSCSS算法的檢測概率將高于DG算法。
　　在第4章，由于多天線具有良好的抗衰落特性，所以可以將它與其他物理層檢測方法相結合，從而達到進一步提高檢測性能的目的。首先將基于頻域平滑的循環(huán)譜統(tǒng)計量檢測算法與多天線技術相結合，推導了采用等增益合并后檢測統(tǒng)計量虛警概率的解析表達式，解決了判決門限的設置問題。然后給出了基于能量檢測的多

6、天線等增益合并法分別在兩種信道條件下，虛警概率和檢測概率的解析表達式。接下來介紹了Quan等人提出的最優(yōu)線性加權合并頻譜檢測算法，并將其應用到多天線場景中。最后通過仿真實驗將本文FSCSS算法的檢測性能與這兩種算法進行了比較。仿真結果表明：在接收數(shù)據(jù)長度和信噪比相同的條件下，本文FSCSS算法的檢測概率最高。
　　另外，在第4章中還從降低循環(huán)譜算法計算量的角度出發(fā)，對基于頻域平滑的循環(huán)譜統(tǒng)計量頻譜檢測算法提出一種折衷方案；然后從使

7、感知用戶的平均吞吐量最大化的角度出發(fā)，研究了多天線下的折衷循環(huán)譜統(tǒng)計量頻譜檢測算法檢測時長的優(yōu)化問題。通過數(shù)學推導和仿真實驗都證明了最佳檢測時長的存在性。仿真實驗還給出了不同天線個數(shù)和不同參數(shù)條件下吞吐量性能的對比曲線，仿真結果表明：通過增加天線個數(shù)不僅可以提高感知用戶的最大平均吞吐量，而且還縮短了最佳檢測時長。
　　在第5章，為了抵抗深度衰落、提高頻譜檢測的可靠性，提出了一種新的基于集中式判決融合的合作頻譜檢測算法。該算法從使多

8、感知用戶合作檢測概率最大化的角度出發(fā)，利用序列二次規(guī)劃法求解控制中心的優(yōu)化融合準則和各感知用戶優(yōu)化判決門限。本文首先給出了合作檢測算法的數(shù)學描述。然后求解了不同信道條件下合作檢測算法中聯(lián)合判決概率的表達式。接下來分別對合作檢測算法的優(yōu)化問題、求解方法、實施步驟進行了闡述。最后對2比特軟判決合作檢測算法和兩個感知用戶判決相關條件下合作檢測算法的優(yōu)化問題進行了討論。仿真實驗得到以下結果：第一，無論是從檢測概率隨信噪比變化的曲線，還是從接收機