基于能量檢測的認知無線電協(xié)作頻譜檢測研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，無線通信業(yè)務(wù)急劇增加，無線授權(quán)頻段資源日益緊缺，非授權(quán)的ISM(IndustriAlScienti丘c and Medical)公用頻段也日益擁擠。但研究發(fā)現(xiàn)目前頻譜資源緊缺現(xiàn)狀的主要原因是傳統(tǒng)的固定頻譜分配方式使得大部分已授權(quán)頻段的利用率非常低，造成了頻譜資源的極大浪費。為了提高頻譜利用率，緩解頻譜匱乏問題，各種動態(tài)頻譜接入技術(shù)應(yīng)運而生。其中，認知無線電被認為是最具有應(yīng)用潛力的技術(shù)之一。認知無線電的基本思想

2、是：當分配給授權(quán)用戶(Primarv User)的頻段未被使用時，次用戶(Secondarv User)可以在在不對授權(quán)用戶造成干擾的前提下，機會式地接入該頻段；當授權(quán)用戶重新接入正被“借用”的頻段時，次用戶及時退出以避免與授權(quán)用戶發(fā)生沖突。
　　 頻譜檢測技術(shù)是實現(xiàn)認知無線電技術(shù)的先決基礎(chǔ)。多個次用戶相互合作的協(xié)作頻譜檢測方法由于能夠削減無線信道的多徑、陰影以及干擾等因素的影響、提供更為準確可靠的檢測性能而受到廣泛的關(guān)注。圍繞

3、認知無線電傳的頻譜檢測技術(shù)，本文作了較為深入的研究，主要成果包括：
　　 1．提出了一種簡單的等權(quán)重協(xié)作頻譜檢測方法，并且考慮到無線信道的多徑、陰影效應(yīng)等特性，從統(tǒng)計理論上利用獨立同分布隨機變量的性質(zhì)，詳細分析了該方法在瑞利衰落、Nakagami—m衰落以及對數(shù)正態(tài)陰影信道下的檢測性能。仿真結(jié)果表明，信噪比大約在0dB以上時，該方法具有與N—P最優(yōu)準則方法非常接近的檢測性能，例如Nakagami—m衰落信道下，在誤警概率均為1曠

4、3時，二者的漏警概率分別約為2×10_4和2．3×10～。但前者的計算復(fù)雜度要低很多，利用的參數(shù)也很簡單。同時，考慮到在實際情況當中往往需要對接收信號采樣值進行量化，利用量化和概率統(tǒng)計理論分析了量化情況下的判決閾值選擇問題以及誤警概率。數(shù)據(jù)顯示，當接收信號采樣值的量化位數(shù)達到8位時，量化對檢測性能的負面影響已經(jīng)微弱到可以忽略，如信噪比為0dB時量化與非量化的漏警概率僅相差不到2％．
　　 2．在滿足同等檢測性能的條件下，序貫概率

5、比檢驗所需要的平均樣本數(shù)比固定抽樣檢驗要少得多。這對減小本地檢測信息交互引起的延時等具有重要作用。但實際情況中概率比的計算由于先驗知識的缺乏往往比較復(fù)雜。本文結(jié)合序貫概率比檢驗和硬判決協(xié)作檢測的優(yōu)點，提出了序貫式差分協(xié)作頻譜檢測方法。它通過序貫式計算本地檢測結(jié)果中‘0’、‘1’判決的數(shù)目之差來做出最終檢測判決。并從數(shù)學上分析了該方法的檢測性能。數(shù)值結(jié)果表明該方法比OR準則和AND準則能更好地在檢測概率與誤警概率之間平衡，在維持較高檢測概

6、率的同時保證較低的誤警概率。而在絕大數(shù)信噪比條件下，尤其是在判決閾值p=5時，SDll方法的檢測概率高于MAJ準則、誤警概率低于MAJ準則，例如在信噪比為一2dB時，SDll方法和MAJ準則的檢測概率分別為50％，和37．5％，而誤警概率分別為12％和17％．
　　 3．探討了抗攻擊性的安全頻譜檢測方法。實際中參與協(xié)作的次用戶可能因為某些原因失效而無法進行有效的頻譜檢測過程，或者存在自私／惡意次用戶故意偽造頻譜檢測結(jié)果，從而使得

7、其他次用戶對“頻譜空洞”的存在與否造成“錯覺”。已經(jīng)提出的基于信譽度的加權(quán)序貫概率比檢測(Weighted SeqlJentiAlProbabilitv Ratio Test，WSPRT)方法可以解決這些問題。但wSPRT方法中使用的本地檢測判決是硬判決，也就是說所有的本地‘1’(或‘0’)判決都將被毫無區(qū)分地對待。例如遠大于判決門限的‘1’判決與略大于判決門限的‘1’判決所蘊含的信息應(yīng)該是不一樣的。但wSPRqF’方法不能區(qū)分這兩種‘