頻譜感知算法及授權(quán)用戶用頻行為研究.pdf

1、近年來(lái)，以認(rèn)知無(wú)線電為代表的動(dòng)態(tài)頻譜接入技術(shù)為當(dāng)前頻譜資源利用率偏低的問(wèn)題提供了行之有效的解決辦法，為解決有限的頻譜資源與日益增長(zhǎng)的用頻需求這一突出矛盾指明了一條便捷且有效的途徑。認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)中的用戶劃分為擁有頻譜優(yōu)先接入權(quán)限的授權(quán)用戶和具有較低權(quán)限的認(rèn)知用戶，其基本原則是要求認(rèn)知用戶在不干擾授權(quán)用戶正常通信的情況下動(dòng)態(tài)接入頻譜，從而提高頻譜利用率，應(yīng)用該技術(shù)的前提條件就是認(rèn)知用戶對(duì)于時(shí)間域和空間域上頻譜空洞的準(zhǔn)確感知。

2、　　 本文以認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中時(shí)間域的頻譜感知技術(shù)為主要研究對(duì)象，首先回顧了頻譜感知技術(shù)的理論基礎(chǔ)——信號(hào)檢測(cè)技術(shù)，并在改進(jìn)現(xiàn)有能量檢測(cè)器的基礎(chǔ)上提出了一種基于雙門限能量檢測(cè)方法的協(xié)作頻譜盲感知技術(shù)；進(jìn)而對(duì)能量檢測(cè)方法中基于中心極限定理使用高斯分布逼近卡方分布時(shí)的近似誤差進(jìn)行了詳細(xì)的分析；隨后利用時(shí)間序列分析理論建立了基于實(shí)際移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行數(shù)據(jù)的授權(quán)用戶頻譜占用行為模型，即時(shí)譜模型，并基于該模型對(duì)授權(quán)用戶未來(lái)的頻譜占用情況進(jìn)行了預(yù)測(cè)；<

3、br>　　 然后根據(jù)以上研究基礎(chǔ)設(shè)計(jì)出一種間歇式節(jié)能頻譜感知技術(shù)；最后給出了全文總結(jié)和后續(xù)工作展望。
　　 本文主要取得如下研究成果：
　　 (1)在改進(jìn)現(xiàn)有協(xié)作頻譜感知技術(shù)的基礎(chǔ)上提出了一種基于雙閾值（門限）能量檢測(cè)的協(xié)作頻譜感知方法，該方法在認(rèn)知用戶的能量檢測(cè)器中設(shè)置兩個(gè)門限，認(rèn)知用戶根據(jù)接收信號(hào)能量落入的判決區(qū)域決定向判決中心發(fā)送局部判決結(jié)果或接收信號(hào)能量值。該方法同時(shí)利用了認(rèn)知用戶的接收信號(hào)能量和局部判決結(jié)果兩

4、種信息，判決中心對(duì)以上兩種信息進(jìn)行融合后做出授權(quán)用戶存在與否的最終判決。分析結(jié)果表明當(dāng)接收信號(hào)能量落入延遲判決區(qū)間的概率較大時(shí)，本方法能夠顯著地改善認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作頻譜感知能力。
　　 (2) 針對(duì)當(dāng)前許多研究者在能量檢測(cè)器中使用高斯分布代替卡方分布進(jìn)行理論分析的情況，深入研究了進(jìn)行以上逼近時(shí)的近似誤差。通過(guò)建立兩個(gè)誤差評(píng)價(jià)函數(shù)——?dú)w一化均方誤差函數(shù)（NEF）和絕對(duì)誤差函數(shù)（AEF），分別對(duì)整體和具體的近似誤差進(jìn)行了分析。數(shù)值

5、仿真的結(jié)果顯示，不論授權(quán)用戶是否占用頻譜，只要卡方分布的自由度大于或等于3時(shí)，近似誤差已經(jīng)處于可以接受的范圍之內(nèi)；并列出了當(dāng)近似誤差最小時(shí)對(duì)應(yīng)的卡方分布概率值，有助于隨后的研究者在進(jìn)行同樣的近似時(shí)選取最佳的概率區(qū)間進(jìn)行研究。
　　 (3)為了分析授權(quán)用戶的頻譜占用情況，改善頻譜感知算法的檢測(cè)性能，本文對(duì)現(xiàn)有GSM 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中載頻級(jí)的占用時(shí)長(zhǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)的討論和分析，基于采集自實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的載頻占用時(shí)長(zhǎng)數(shù)據(jù)建立了描述GSM 網(wǎng)

6、絡(luò)授權(quán)用戶頻譜占用行為的數(shù)學(xué)模型，并討論了針對(duì)該指標(biāo)的兩種建模方法——直接法和間接法，最后使用各載頻對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型對(duì)其未來(lái)的占用時(shí)長(zhǎng)情況進(jìn)行了預(yù)測(cè)?；趯?shí)際數(shù)值的研究結(jié)果表明本文建立的數(shù)學(xué)模型能夠?qū)ξ磥?lái)一小時(shí)內(nèi)授權(quán)用戶的頻譜占用情況作出較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。
　　 (4) 利用本文先前的兩項(xiàng)研究結(jié)果——雙門限能量檢測(cè)方法和授權(quán)用戶頻譜占用模型，提出了一種能夠節(jié)省認(rèn)知用戶能耗的間歇式頻譜感知策略。使用該策略的認(rèn)知用戶通過(guò)預(yù)測(cè)授權(quán)用戶未來(lái)

7、的頻譜占用時(shí)長(zhǎng)來(lái)決定靜默期的長(zhǎng)度，在預(yù)設(shè)的靜默期內(nèi)保持休眠，從而降低自身能耗?；趯?shí)際載頻平均占用時(shí)長(zhǎng)數(shù)據(jù)的仿真結(jié)果表明，該策略可以在幾乎不影響頻譜利用率的情況下為認(rèn)知用戶節(jié)省約6％的能量消耗。
　　 綜上所述，本文研究了在未知授權(quán)用戶先驗(yàn)信息情況下的頻譜盲感知技術(shù)，以及已知授權(quán)用戶頻譜占用模型時(shí)的間歇式頻譜感知策略，主要關(guān)注于提升認(rèn)知用戶的感知能力，降低能量消耗，從而更加有效地利用有限的頻譜資源，提高頻譜利用率。論文的研究工作