選擇性協(xié)同頻譜感知技術(shù)研究.pdf

1、認(rèn)知無線電(Cognitive Radio，CR)可以較好地解決頻譜資源匱乏和授權(quán)頻段利用率低下的矛盾，成為一種最具有應(yīng)用前景的動(dòng)態(tài)頻譜接入技術(shù)。其核心思想就是認(rèn)知用戶在不干擾授權(quán)用戶通信的前提下與之共享頻譜資源，這就決定了CR的首要任務(wù)是頻譜感知，其本質(zhì)是在復(fù)雜電磁環(huán)境中確定欲與之共享頻段的授權(quán)用戶是否正在使用頻譜。通常，CR系統(tǒng)對(duì)授權(quán)用戶信號(hào)形式以及地理位置等信息一無所知，授權(quán)用戶可能要求CR系統(tǒng)具有更好的頻譜感知性能（如不得對(duì)授權(quán)

2、用戶通信系統(tǒng)造成任何不利影響）才允許其與之共享頻段，這些因素使得傳統(tǒng)的頻譜感知技術(shù)難以直接應(yīng)用于CR系統(tǒng)，而需要尋求新的理論方法和關(guān)鍵技術(shù)。本文的主要貢獻(xiàn)包括:
　　1、實(shí)現(xiàn)了一種快速、有效的基于循環(huán)自相關(guān)的頻譜感知方法。
　　作者基于循環(huán)自相關(guān)的循環(huán)平穩(wěn)特性，對(duì)調(diào)制信號(hào)的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)在零循環(huán)頻率和非零循環(huán)頻率處的特性進(jìn)行了深入分析，提出了新的基于循環(huán)自相關(guān)的頻譜感知方法，并給出了此方法對(duì)應(yīng)的頻譜感知的檢測(cè)概率和虛警概率的

3、解析表達(dá)式。該感知方法保持了循環(huán)平穩(wěn)特性對(duì)噪聲的適應(yīng)性以及信號(hào)類型識(shí)別方面具有的顯著優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)降低了感知的計(jì)算量。推導(dǎo)分析表明，接收信號(hào)的循環(huán)自相關(guān)(R)x(0，τ≠0)在非零循環(huán)頻率（α≠0）和零循環(huán)頻率（α=0）處都具備循環(huán)平穩(wěn)特征的抗噪優(yōu)勢(shì)，特別是當(dāng)循環(huán)頻率α=0時(shí)，循環(huán)自相關(guān)(R)x(0，τ≠0)具備最大值，因而基于(R)x(0，τ≠0)進(jìn)行感知可以獲得最大的檢測(cè)概率。仿真研究進(jìn)一步表明:基于循環(huán)自相關(guān)的頻譜感知其抗噪性能明顯優(yōu)

4、于能量檢測(cè)，計(jì)算量與能量法接近;相比傳統(tǒng)的循環(huán)譜頻譜感知法，其在具備相近感知性能同時(shí)，計(jì)算量則要低得多。理論分析與仿真結(jié)果相互映證，證明了這是一種有效的快速頻譜感知方法。
　　2、將上述循環(huán)自相關(guān)的思想運(yùn)用于協(xié)同感知，提出了選擇性協(xié)同感知模型和一種新的基于認(rèn)知用戶個(gè)體特征的用戶選擇方法。
　　協(xié)同頻譜感知雖然提升了系統(tǒng)感知性能，但隨著參與協(xié)同感知用戶數(shù)的增加，也帶來了大量的協(xié)同通信的額外開銷。不同認(rèn)知節(jié)點(diǎn)與授權(quán)用戶之間的感知

5、信道不同，其參與協(xié)作對(duì)系統(tǒng)感知性能的貢獻(xiàn)也不一樣。作者針對(duì)這一事實(shí)，提出了選擇性協(xié)同感知模型和一種基于循環(huán)自相關(guān)的新的用戶選擇方法，以保證只有具有良好性能的用戶參與協(xié)同感知，進(jìn)而提高協(xié)同感知的可靠性并降低感知開銷。
　　3、實(shí)現(xiàn)了基于多天線選擇融合的頻譜感知。
　　基于似然比的多天線頻譜感知需要預(yù)知信道增益、噪聲方差、授權(quán)用戶信號(hào)形式等信息，廣義似然比（GLRT）法通過最大似然估計(jì)克服了這些局限性，但計(jì)算復(fù)雜。作者提出了不依

6、賴信道增益、噪聲方差以及授權(quán)用戶信號(hào)形式的基于循環(huán)自相關(guān)的EGC融合、MRC融合與SC融合三種頻譜感知方法，分析了三種融合感知的性能，并推導(dǎo)了三種融合感知的檢測(cè)概率表達(dá)式。仿真結(jié)果表明，基于循環(huán)自相關(guān)的多天線融合頻譜感知具備優(yōu)于多天線能量、多天線GLRT的感知性能。
　　多天線頻譜感知中，由于每根天線的信道增益和噪聲功率未知，簡(jiǎn)單融合并非一定能夠提升感知性能，特別當(dāng)各天線之間的性能差別較大時(shí)，考慮所有天線分集的融合無助于提高檢測(cè)概