認知無線電中協(xié)作頻譜感知技術研究.pdf

1、隨著無線通信的高速發(fā)展，在各種環(huán)境(家庭、辦公室、公共區(qū)域等)中與無線通信相關的新技術、新設備以及新服務也在迅速發(fā)展，從而導致了頻譜過度擁擠，頻譜資源匱乏現(xiàn)象日益突出，然而大部分靜態(tài)分配頻譜的頻譜利用率卻很低。認知無線電通過伺機使用授權頻段來提高頻譜利用率，成為未來無線通信的關鍵技術之一。
　　頻譜感知技術是實現(xiàn)認知無線電系統(tǒng)的前提，多個感知次用戶共同進行協(xié)作頻譜感知，可以提高頻譜感知的檢測性能的可靠性，同時可以解決隱終端問題并減

2、少頻譜感知時間，成為近幾年頻譜感知技術的研究熱點。本文重點研究了協(xié)作頻譜感知加權數(shù)據(jù)融合算法、基于信號能量概率密度(Energy probabilitydistribution，EPD)的協(xié)作頻譜感知算法和我國地面數(shù)字多媒體廣播(DigitalMultimedia Broadcasting-Terrestrial，DMB-T)信號的協(xié)作頻譜感知算法，主要創(chuàng)新點如下：
　　(1)基于能量檢測的最優(yōu)協(xié)作頻譜感知算法指出，將較大觀測值賦

3、予較大的權重進行數(shù)據(jù)融合可以得到更好的檢測性能，論文提出了一種加權1比特協(xié)作頻譜感知算法。設計雙門限將觀測能量值分為3個區(qū)域，當能量值落入中間區(qū)域時，本地感知次用戶不傳送任何信息到數(shù)據(jù)融合中心。在虛警概率固定的條件下來最大化檢測概率，通過將中間區(qū)域的權重值分段來簡化整個優(yōu)化過程。在協(xié)作頻譜感知次用戶數(shù)為4，采樣點數(shù)為100，主用戶到次用戶之間信道獨立同瑞利分布，系統(tǒng)虛警概率不高于0.01并且漏檢概率不高于0.1時，提出算法性能與等增益合

4、并(Equal Gain Combining，EGC)算法相當，相比傳統(tǒng)“OR算法”要有0.5 dB的性能增益并且可以減少約39％向數(shù)據(jù)融合中心傳送感知結果的比特開銷。
　　(2)提出了一種基于協(xié)作感知次用戶數(shù)量的加權比特數(shù)據(jù)融合算法，根據(jù)參與協(xié)作頻譜感知的用戶數(shù)量來確定所使用的門限數(shù)量和相應區(qū)域對應的權重值，在虛警概率固定的條件下提出了一種搜索方法來尋找最優(yōu)門限值，以達到檢測概率最大化。在采樣點數(shù)為100，主用戶到次用戶之間信道

5、獨立同瑞利分布情況下，當協(xié)作感知次用戶數(shù)大于3時，提出的加權數(shù)據(jù)融合算法性能甚至優(yōu)于EGC算法，同時提出的門限值搜索方法還適用于其他權重設置下最優(yōu)門限值的搜索。
　　(3)提出了一種基于信號EPD的協(xié)作頻譜感知算法。感知次用戶將接收的每個采樣信號能量與給定門限值作比較，統(tǒng)計大于該門限值的樣點個數(shù)傳送給數(shù)據(jù)融合中心。數(shù)據(jù)融合中心將感知疊加結果與噪聲EPD進行相關運算來得到最終的判決結果，理論分析了利用EPD來區(qū)分主用戶信號與噪聲信號

6、的協(xié)作頻譜感知檢測性能。當次用戶使用的采樣樣點很少時，由于本地報告結果為大于給定門限的數(shù)量，EPD算法的量化比EGC算法容易，同時不需要主用戶的先驗信息。此外論文還研究了利用EPD來區(qū)分不同主用戶信號類型的判錯概率。
　　(4)研究了我國DMB-T系統(tǒng)的協(xié)作頻譜感知算法。DMB-T系統(tǒng)共有三種幀頭模式，根據(jù)信道情況實際應用只使用其中的一種。論文理論上分析了三種模式單節(jié)點能量檢測算法的虛警和漏檢概率。對于幀頭模式2，提出了基于匹配濾

7、波器方法的單節(jié)點相關頻譜感知算法；對于幀頭模式1和模式3，提出了新的擴展PN序列作為本地相關序列來進行單節(jié)點頻譜感知。仿真結果表明提出的相關頻譜感知算法相比能量檢測、PN序列相關(PN Correlation，PNC)和循環(huán)擴展相關(CyclicExtension Correlation，CEC)頻譜感知算法，其檢測性能要優(yōu)越很多?；谔岢龅谋镜叵嚓P檢測算法，論文研究了最優(yōu)1比特數(shù)據(jù)融合算法、基于協(xié)作次用戶數(shù)量的加權數(shù)據(jù)融合算法、EGC