認(rèn)知無線電中的頻譜感知與干擾檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，相關(guān)的設(shè)備和應(yīng)用也與日俱增，同時(shí)，有限的無線頻譜資源也變得日趨緊張，越來越難以滿足日益增長的用戶需求。另一方面，在現(xiàn)有的機(jī)制下，許多無線頻譜資源被授權(quán)給了特定的用戶卻并沒有得到很好的利用，大量的授權(quán)頻譜由于授權(quán)用戶的不存在或是不活動(dòng)被閑置從而造成了頻譜資源的浪費(fèi)。為了解決這一矛盾，Mitola博士于1999年提出了認(rèn)知無線電的概念，通過動(dòng)態(tài)頻譜接入使得感知用戶可以使用閑置的授權(quán)頻段的頻譜資源，從而提升頻譜的利

2、用率，緩解頻譜資源緊張問題。
　　頻譜感知在認(rèn)知無線電系統(tǒng)中是一種基礎(chǔ)且重要的功能，認(rèn)知無線電系統(tǒng)的正常工作依賴于可靠的頻譜感知結(jié)果，因此如何提升頻譜感知的可靠性一直以來都是研究領(lǐng)域的重點(diǎn)。干擾是無線通信領(lǐng)域中的一個(gè)常見共性問題，在認(rèn)知無線電系統(tǒng)中若存在無線干擾則授權(quán)用戶和感知用戶的正常通信均會(huì)受到影響。為保證系統(tǒng)能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜的無線通信環(huán)境，一個(gè)完整的認(rèn)知無線電系統(tǒng)需要具備檢測(cè)當(dāng)前是否存在干擾的能力。圍繞上述內(nèi)容，本論文從以下三個(gè)

3、方面開展相關(guān)的研究工作：
　　1.在認(rèn)知無線電系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合頻譜感知時(shí)，如果忽視當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)而刻板地使用固定的數(shù)據(jù)融合規(guī)則常常造成感知可靠性不足或是系統(tǒng)開銷過大。針對(duì)這一問題，本文提出了一種聯(lián)合頻譜感知數(shù)據(jù)融合規(guī)則選擇方案。該方案從常用的數(shù)據(jù)融合規(guī)則中選出典型方案組成規(guī)則庫，首先仿真分析在不同網(wǎng)絡(luò)條件下規(guī)則庫中各數(shù)據(jù)融合規(guī)則的性能，再根據(jù)上述結(jié)果設(shè)計(jì)一種能夠根據(jù)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境選擇感知可靠性最高（若多個(gè)規(guī)則性能相近則選擇響應(yīng)更快的規(guī)

4、則）的數(shù)據(jù)融合規(guī)則的算法。其中，上述算法中的待定參數(shù)通過遺傳算法得出。仿真結(jié)果表明，相比較于使用單一的數(shù)據(jù)融合規(guī)則，利用此數(shù)據(jù)融合規(guī)則選擇方案可以提供更高的頻譜感知可靠性。此外，只需輔以低復(fù)雜度的信任值計(jì)算方法，本方案可以以更短的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間輸出與其他高復(fù)雜度的方案相似的頻譜感知正確率。
　　2.基于信任機(jī)制的聯(lián)合頻譜感知中，當(dāng)一個(gè)感知用戶匯報(bào)錯(cuò)誤的本地感知結(jié)果時(shí)，數(shù)據(jù)融合中心通常是不分具體原因進(jìn)行統(tǒng)一處理去降低一個(gè)節(jié)點(diǎn)的可信度，

5、這種可信度計(jì)算方法并不能真實(shí)地反映一個(gè)節(jié)點(diǎn)的惡意程度。針對(duì)這一問題，本文提出了一種新的基于信任機(jī)制的聯(lián)合頻譜感知方案。該方案首先依據(jù)各節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境估算出相應(yīng)的感知能力值，在此基礎(chǔ)上結(jié)合感知結(jié)果歷史數(shù)據(jù)使用最大似然估計(jì)的方法估算出用戶的可信度，在數(shù)據(jù)融合中心進(jìn)行數(shù)據(jù)融合時(shí)綜合考慮用戶的能力值和可信度輸出最終的聯(lián)合感知結(jié)果。根據(jù)仿真結(jié)果，使用此方案所計(jì)算出的用戶可信度能夠很好地捕捉感知用戶的主觀惡意程度，并且可以有效地提升存在篡改感知數(shù)據(jù)

6、攻擊情況下的頻譜感知正確率。相較于傳統(tǒng)的基于信任機(jī)制的聯(lián)合頻譜感知方案，本方案能提供更高的感知正確率，在最優(yōu)情況下感知正確率最大可以提升約38％。
　　3.在所有的干擾類型中，學(xué)界普遍認(rèn)為最難以檢測(cè)的是被動(dòng)型干擾。若存在被動(dòng)型干擾對(duì)認(rèn)知無線電系統(tǒng)進(jìn)行干擾將對(duì)其正常運(yùn)行帶來極大的危害。針對(duì)這一問題，本文提出了一種針對(duì)被動(dòng)型干擾源的聯(lián)合檢測(cè)與定位方案。該方案利用多個(gè)授權(quán)用戶之間的協(xié)作，根據(jù)干擾對(duì)鄰近授權(quán)小區(qū)中授權(quán)用戶的影響建立常態(tài)檔案

7、，然后根據(jù)當(dāng)前測(cè)量值與常態(tài)檔案的相似度進(jìn)行被動(dòng)干擾源的檢測(cè)，并且在檢測(cè)出干擾源存在的情況下可以基于同樣的輸入進(jìn)行對(duì)干擾源的實(shí)時(shí)定位。通過仿真驗(yàn)證，該方案檢測(cè)速度較快，并且在最佳狀況下可以實(shí)現(xiàn)被動(dòng)干擾源檢測(cè)的虛警概率和漏警概率同時(shí)低于10％，在干擾源定位方面，該方案最差情況下也有70％以上的概率保證干擾源定位誤差在一跳之內(nèi)。
　　綜上所述，本文以提升認(rèn)知無線電中聯(lián)合頻譜感知的可靠性以及對(duì)干擾源的檢測(cè)和定位能力為目標(biāo)，從三個(gè)方面對(duì)相關(guān)