認知無線電中合作頻譜感知方法研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)及其應(yīng)用業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，使得適合于無線通信的頻譜資源變得日益緊張，這已成為制約無線通信技術(shù)發(fā)展的瓶頸，而認知無線電技術(shù)是解決這個問題的最佳方案。頻譜感知使得認知無線電具有檢測、學(xué)習(xí)及感知各種無線電磁參數(shù)的能力，是認知無線電技術(shù)能否實現(xiàn)實際應(yīng)用的前提與基礎(chǔ)，是認知無線電技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　 本文正是以認知無線電技術(shù)為背景，重點對中心式的合作頻譜感知算法進行了研究。在對傳統(tǒng)頻譜感知算法深入研究的基礎(chǔ)上，針對它

2、們的某些缺點，借助數(shù)學(xué)上的合作博弈理論以及隨機矩陣理論等工具對新的合作頻譜感知技術(shù)展開了研究，并取得了一些研究成果。其主要研究成果如下：
　　 (1)根據(jù)漸進譜理論中有關(guān)隨機矩陣最大特征的統(tǒng)計特性，提出了一種基于雙特征值判決門限的合作頻譜感知算法。
　　 利用多個認知用戶接收到的主用戶發(fā)射機信號產(chǎn)生一個采樣協(xié)方差矩陣，該協(xié)方差矩陣包含了主用戶信號源的相關(guān)信息。在主用戶發(fā)射機信號存在與不存在兩種假設(shè)條件下，依據(jù)漸近譜理論推

3、出這兩種假設(shè)情況下采樣協(xié)方差矩陣的最大特征值，并以這兩個最大特征值作為判決門限，實現(xiàn)對某段頻譜內(nèi)是否存在主用戶發(fā)射機信號做出判決。
　　 (2)針對基于最大特征值的頻譜感知算法對噪聲敏感的缺點，提出了一種基于最大特征值與平均能量比值的合作頻譜感知算法。
　　 該算法將認知用戶接收信號協(xié)方差矩陣的最大特征值與接收信號的平均能量的比值作為檢驗統(tǒng)計量，并由采樣協(xié)方差矩陣的最大特征值的極限、平均能量分布特性以及虛警概率求得判決門

4、限，該判決門限與噪聲沒有任何關(guān)系且無需任何有關(guān)主用戶發(fā)射機信號的先驗知識。該算法克服了基于最大特征值的頻譜感知算法對噪聲敏感的缺點，進一步提高了整個系統(tǒng)的感知性能及其可靠性。
　　 (3)構(gòu)建了一種合作頻譜感知博弈模型，并在此基礎(chǔ)上提出了一種基于一般化納什談判解策略的合作頻譜感知新方法。
　　 在有中心節(jié)點的多認知用戶合作頻譜感知場景中，由于每一認知用戶所處的空間位置以及無線電磁環(huán)境的不同，使得每個認知用戶接收機的信噪比

5、及判決門限均不相同。因此，每一認知用戶在數(shù)據(jù)融合時將具有不同的感知貢獻和權(quán)重?；谝陨鲜聦?，本方法利用合作博弈論中的一般化納什談判解策略，構(gòu)造出較符合實際情況的兩認知用戶合作感知的納什談判解。采用感知可信度來表征距離及信道參數(shù)等對感知可靠性的影響，并通過最優(yōu)化方法求得兩認知用戶合作感知情形下，每個認知用戶在感知結(jié)果中所占的權(quán)重，進而求出此情形下的合作頻譜感知性能。對于多認知用戶的情況，先采用指派分組算法將多認知用戶分成兩倆一組，然后同樣

6、利用一般化納什談判解策略求出每一組的合作感知性能。最后求出整個系統(tǒng)的感知性能。
　　 (4)根據(jù)認知無線電中授權(quán)頻譜被占用情況的統(tǒng)計On-Off模型，提出了一種基于貝葉斯判決規(guī)則的異步合作頻譜感知算法。
　　 該算法考慮到主用戶行為會對認知用戶的檢測性能產(chǎn)生影響，以及在實際的合作頻譜感知環(huán)境中，每個認知用戶感知信息的獲取時間不盡相同，而且各個認知用戶將感知信息傳送給融合中心的時間也不可能同步。本算法將每個認知用戶在不同時