感知無(wú)線電系統(tǒng)中的頻譜感測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)線通信業(yè)務(wù)需求的持續(xù)增長(zhǎng)，導(dǎo)致無(wú)線通信系統(tǒng)對(duì)無(wú)線頻譜資源的需求也不斷增加，使得目前適宜于無(wú)線通信服務(wù)的頻譜資源變得十分稀缺。但研究表明：目前適宜無(wú)線通信的頻譜資源一方面十分稀缺，一方面又浪費(fèi)嚴(yán)重。其原因在于：靜態(tài)的頻譜規(guī)劃體制與動(dòng)態(tài)的頻譜利用方式之間不匹配，造成無(wú)線頻譜規(guī)劃緊張，頻譜使用率低。為此，突破頻譜共享無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、開發(fā)頻譜資源共享的無(wú)線通信系統(tǒng)、從系統(tǒng)級(jí)的角度提高整體頻譜利用效率成為解決上述矛盾的重要途徑，是今后一

2、個(gè)時(shí)期無(wú)線通信的戰(zhàn)略性發(fā)展方向之一。
　　 感知無(wú)線電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)頻譜資源共享，提高頻譜利用率。作為實(shí)現(xiàn)頻譜共享的關(guān)鍵技術(shù)，好的頻譜感測(cè)算法為頻譜共享和提高頻譜利用率提供了基本保障。未來(lái)感知無(wú)線電系統(tǒng)使用的頻譜感測(cè)算法不僅要提高感測(cè)頻譜空洞能力，還要降低或者消除對(duì)授權(quán)用戶的干擾，而這是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜接入需要滿足的基本條件。本文以感知無(wú)線電系統(tǒng)中的頻譜感測(cè)算法為主線，分別研究了循環(huán)特征頻譜感測(cè)算法、能量頻譜感測(cè)算法、協(xié)同與數(shù)據(jù)融合頻

3、譜感測(cè)算法。
　　 （1）循環(huán)平穩(wěn)特征頻譜感測(cè)：大多數(shù)通信信號(hào)可以認(rèn)為是循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)，因此具有循環(huán)平穩(wěn)特性，且不同信號(hào)具有不同的循環(huán)平穩(wěn)特性，而噪聲沒有循環(huán)平穩(wěn)特性，根據(jù)循環(huán)平穩(wěn)特征，在頻譜池系統(tǒng)中感測(cè)并提取所需信號(hào)。
　　 通過獲取頻譜池系統(tǒng)中授權(quán)用戶和感知用戶的二階循環(huán)譜特性感測(cè)空閑頻譜，根據(jù)認(rèn)知用戶接受到信號(hào)的循環(huán)平穩(wěn)特性，預(yù)測(cè)授權(quán)用戶存在與否，從而估計(jì)信道分配狀態(tài)信息；提出一種新的循環(huán)頻譜感知方案，提高了頻譜感測(cè)

4、的性能，增強(qiáng)了有效對(duì)抗噪聲的波動(dòng)性，改善了感測(cè)微弱信號(hào)穩(wěn)健性，滿足了低信噪比環(huán)境下的頻譜感測(cè)技術(shù)要求。此算法的明顯缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高，而現(xiàn)在常用的為能量感測(cè)算法。
　　 （2）能量感測(cè)：因?yàn)閷?shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，現(xiàn)在大部分文獻(xiàn)都采用能量頻譜感測(cè)算法。此算法的優(yōu)點(diǎn)是不需要知道信號(hào)的特征信息，采取設(shè)定能量門限的方式進(jìn)行判決，但是此算法對(duì)噪聲比較敏感，尤其是工作在低信噪比環(huán)境下的感知無(wú)線電系統(tǒng)，此算法對(duì)噪聲敏感的問題更為明顯。
　　 詳細(xì)

5、研究了信噪比、噪聲短時(shí)間內(nèi)平均功率波動(dòng)性和感測(cè)時(shí)長(zhǎng)之間的關(guān)系，得出了噪聲短時(shí)間內(nèi)平均功率的微小變化，會(huì)引起感測(cè)性能的急劇下降的結(jié)論?；诖?，提出了動(dòng)態(tài)門限的能量感測(cè)算法，此算法增強(qiáng)對(duì)抗噪聲短時(shí)間內(nèi)平均功率波動(dòng)性的魯棒性，提高了能量感測(cè)算法的感測(cè)靈敏度。同時(shí)給出另外一種改進(jìn)的頻譜感知算法，即授權(quán)用戶發(fā)送的信號(hào)由導(dǎo)頻信號(hào)和信號(hào)結(jié)構(gòu)未知的信號(hào)兩部分組成，采用匹配濾波器和能量感測(cè)聯(lián)合的頻譜感知算法，先對(duì)已知的導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行匹配濾波器感測(cè)，再對(duì)輸出

6、結(jié)果進(jìn)行能量感測(cè)。此算法同樣適用于提高能量感測(cè)算法的感測(cè)性能和感測(cè)靈敏度。
　　 （3）協(xié)作和數(shù)據(jù)融合頻譜感測(cè)：由于感知用戶與授權(quán)用戶間缺乏信息交互，且感知用戶的頻譜感測(cè)通常是在低信噪比情況下完成的，而且感測(cè)環(huán)境通常包括多徑大尺度衰落的可視距線路和隱藏站點(diǎn)，為了獲得更為準(zhǔn)確的感測(cè)信息，可采用多用戶協(xié)作和數(shù)據(jù)融合頻譜感測(cè)方案。
　　 給出一種基于最大比合并的多感知用戶協(xié)作頻譜感測(cè)算法，在低信噪比環(huán)境下，即使噪聲短時(shí)間內(nèi)的平

7、均功率存在較大的波動(dòng)性，只要增加參與感測(cè)的協(xié)作用戶數(shù)，那么由于噪聲平均功率波動(dòng)性造成的感測(cè)性能下降部分就完全可以消除，仍可獲得較為準(zhǔn)確的感測(cè)性能，給出理論分析和仿真結(jié)果。同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)融合頻譜感測(cè)算法作了相應(yīng)的研究，算法首先計(jì)算融合中心接收數(shù)據(jù)的對(duì)數(shù)似然比函數(shù)與判決授權(quán)用戶存在的感知用戶數(shù)之間的關(guān)系，而融合中心得到的判決授權(quán)用戶存在的感知用戶數(shù)包括正確判決授權(quán)用戶存在的認(rèn)知用戶和沒有授權(quán)用戶卻判決存在授權(quán)用戶的感知用戶，然后根據(jù)它們之間的統(tǒng)