認(rèn)知無(wú)線電協(xié)同頻譜感知關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、作為提高無(wú)線頻譜利用效率的革命性技術(shù)手段，認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)從多維空間的角度實(shí)現(xiàn)了對(duì)空閑頻譜的動(dòng)態(tài)使用，被認(rèn)同為未來(lái)無(wú)線通信研究領(lǐng)域的“下一個(gè)大事件”。頻譜感知技術(shù)是認(rèn)知無(wú)線電核心技術(shù)之一，是其走向?qū)嶋H應(yīng)用的基石。
　　實(shí)時(shí)、可靠地監(jiān)測(cè)頻譜的使用狀況是頻譜感知的基本任務(wù)。單用戶頻譜感知，受無(wú)線信道傳播特性、感知時(shí)隙長(zhǎng)度和接收機(jī)靈敏度等條件制約，性能不理想。因此，多個(gè)用戶間的協(xié)同頻譜感知，成為當(dāng)前頻譜感知技術(shù)研究的熱點(diǎn)。
　　論文

2、圍繞認(rèn)知無(wú)線電協(xié)同頻譜感知問(wèn)題，從感知信息融合、非理想控制信道環(huán)境和惡意用戶環(huán)境三個(gè)方面展開(kāi)研究：
　　首先，研究了協(xié)同頻譜感知中的數(shù)據(jù)融合問(wèn)題，提出一種基于信任度和證據(jù)理論的協(xié)同感知信息融合方法。該方法針對(duì)現(xiàn)有融合方法(“與”、“或”邏輯合并和“K秩”合并)忽略用戶感知可靠性的缺陷，引入“信任度”參數(shù)對(duì)感知結(jié)果進(jìn)行可靠性評(píng)估，同時(shí)借助證據(jù)理論將其等效為表征信道是否空閑的博弈概率，進(jìn)行融合，從而可以利用到不同感知環(huán)境的空間分集，提

3、升協(xié)同感知性能。仿真實(shí)驗(yàn)表明：該方法在相同感知環(huán)境和協(xié)同感知用戶數(shù)的情況下，感知性能優(yōu)于現(xiàn)有融合方法，并且在信噪比不相等的環(huán)境中，仍具備良好的感知性能，因此具有更廣適用范圍。
　　其次，研究了非理想控制信道環(huán)境中的協(xié)同感知問(wèn)題：
　　(1)分析了控制信道傳輸錯(cuò)誤對(duì)系統(tǒng)感知性能的影響。以“或”合并的協(xié)同感知為例，推導(dǎo)出控制信道非理想導(dǎo)致的系統(tǒng)虛警概率的下界；
　　(2)探討了該環(huán)境下最優(yōu)參與協(xié)同感知用戶數(shù)的問(wèn)題。基于紐曼

4、—皮爾遜(N-P)準(zhǔn)則，從授權(quán)/認(rèn)知用戶兩個(gè)角度分別論證了最優(yōu)用戶數(shù)的存在性，并給出了具體求解方法。理論分析與仿真實(shí)驗(yàn)均表明：無(wú)論以哪種用戶角度考慮，最優(yōu)協(xié)同感知用戶數(shù)都不一定等于網(wǎng)絡(luò)用戶總數(shù)，并且該用戶數(shù)與認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模成正比，與控制信道傳輸錯(cuò)誤概率成反比；仿真結(jié)果還表明，從認(rèn)知用戶角度固定系統(tǒng)虛警概率進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)控制信道傳輸錯(cuò)誤更敏感。
　　最后，研究了惡意用戶環(huán)境中的安全協(xié)同感知問(wèn)題：
　　(1)分析了“始終占用

5、”、“始終空閑”、“始終錯(cuò)誤”和“隨機(jī)報(bào)告”四類(lèi)典型惡意用戶行為對(duì)“K秩”合并的協(xié)同感知的影響，包括感知性能和最優(yōu)融合門(mén)限兩方面。研究發(fā)現(xiàn)，在惡意用戶攻擊模式和數(shù)目已知時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，緩解惡意行為的影響；
　　(2)針對(duì)惡意用戶攻擊模式和數(shù)目未知的情景，給出一種基于信譽(yù)度的安全協(xié)同頻譜感知方法。該方法利用各用戶的本地感知結(jié)果與全局感知結(jié)果的一致性校驗(yàn)，累積用戶信譽(yù)值，并借助加權(quán)合并將惡意用戶的權(quán)值置零，確保協(xié)同感知結(jié)果的

6、安全；同時(shí)，提出信任節(jié)點(diǎn)輔助感知的理念，解決了現(xiàn)有安全感知方法的致命缺陷：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)初始狀態(tài)存在較多(>20％)惡意/非正常工作的用戶時(shí)，算法失效；
　　(3)針對(duì)硬判決融合的協(xié)同感知場(chǎng)景，設(shè)計(jì)了一種分級(jí)安全感知策略。該策略只需知道各用戶的單比特判決值，有效地降低了協(xié)同感知的信令開(kāi)銷(xiāo)成本；通過(guò)對(duì)安全審查性能的推導(dǎo)，給出了最優(yōu)審查門(mén)限的計(jì)算方法和感知性能的閉合表達(dá)式；理論與仿真結(jié)果表明，該方法能在較短的安全審查期內(nèi)成功地辨識(shí)惡意用戶，且