基于認(rèn)知無線電的協(xié)作感知技術(shù)研究.pdf

1、隨著認(rèn)知無線電技術(shù)的發(fā)展，頻譜動態(tài)接入已日益走向現(xiàn)實，給解決頻譜緊張問題提供了新的研究方向。認(rèn)知無線電的基本思想是認(rèn)知用戶通過頻譜感知檢測到周圍無線通信環(huán)境中未被主用戶使用的授權(quán)頻段（即頻譜空穴），通過動態(tài)接入的方式使用該頻段進(jìn)行通信，達(dá)到在有限的頻譜資源條件下提高頻譜利用率的目的。認(rèn)知無線電目前的主要研究方向包括頻譜感知、頻譜分析、頻譜決策、頻譜共享、頻譜移動性管理、路由設(shè)計、傳輸層協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)安全問題等。在認(rèn)知無線電的技術(shù)系統(tǒng)中，頻譜

2、感知作為使用非授權(quán)頻段的先決條件近來受到廣泛關(guān)注。頻譜感知主要有兩個目的，一是認(rèn)知用戶感知到周圍環(huán)境中的頻譜空穴，對其進(jìn)行有效利用;另一個是當(dāng)授權(quán)用戶（即主用戶）需要使用被占用的頻段時，認(rèn)知用戶準(zhǔn)確檢測到，及時讓出該頻段避免對主用戶的通信產(chǎn)生干擾。
　　 本文著眼于協(xié)作檢測，這種能夠解決單個認(rèn)知用戶進(jìn)行頻譜感知時易受多徑效應(yīng)和隱終端效應(yīng)影響的頻譜感知方法，以能量檢測為基礎(chǔ)，對衰落信道下基于不同數(shù)據(jù)融合方法的協(xié)作感知網(wǎng)絡(luò)的檢測性能

3、進(jìn)行了分析。主要研究工作如下:
　　 1、提出了一種基于平方律合并這種軟融合技術(shù)的雙門限能量檢測方案，在衰落信道下研究協(xié)作頻譜感知性能。推導(dǎo)了AWGN、Rayleigh和Nakagami三種衰落信道下檢測概率公式，并定義了誤檢概率來量化系統(tǒng)檢測誤差的大小。雙門限能量檢測能夠有效降低噪聲不確定性對系統(tǒng)的影響，能使誤檢概率得到明顯改善，但同時也會降低檢測概率。針對這一問題，使用平方律合并技術(shù)在融合中心對協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中各認(rèn)知用戶的能量檢測

4、信息進(jìn)行合并。仿真結(jié)果表明，基于平方律合并技術(shù)的雙門限能量檢測方案與傳統(tǒng)能量檢測方法相比誤檢概率顯著減小，并且經(jīng)平方律分集合并后有效改善了雙門限能量檢測算法檢測概率較低的問題。
　　 2、研究了衰落信道下基于硬融合技術(shù)的協(xié)作頻譜感知性能，結(jié)合雙門限能量檢測理論，在分析了三種衰落信道下AND規(guī)則和OR規(guī)則融合的協(xié)作能量感知檢測概率和歸一化平均感知比特數(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種基于簇理論的協(xié)作感知方法，規(guī)定每簇中認(rèn)知用戶與簇首間的信道為N

5、akagami信道，且簇首和融合中心通過AND準(zhǔn)則融合本地檢測信息。仿真比較了衰落信道下AND規(guī)則與OR規(guī)則的協(xié)作感知方法歸一化感知比特數(shù)，以及AND規(guī)則和基于簇理論的協(xié)作感知方法檢測概率和歸一化感知比特數(shù)的大小。通過分析得出，基于簇理論的協(xié)作感知算法以消耗較多的比特開銷為代價，能夠獲得更高的檢測性能。
　　 3、對硬融合技術(shù)下的最佳決策問題進(jìn)行了分析。在AND規(guī)則和OR規(guī)則融合協(xié)作感知的基礎(chǔ)上，使用折中兩種融合方法的更優(yōu)規(guī)則K

6、-out-of-N規(guī)則對協(xié)作感知網(wǎng)絡(luò)中認(rèn)知用戶的本地能量檢測信息進(jìn)行融合，從單門限能量檢測的檢測性能推導(dǎo)出使誤差函數(shù)最小時的最佳表決數(shù)，并進(jìn)一步推導(dǎo)出雙門限能量檢測的最佳表決數(shù)公式。最后通過仿真驗證了基于最佳表決數(shù)的K-out-of-N融合規(guī)則算法能明顯減小系統(tǒng)的誤差函數(shù)。
　　 綜上所述本文結(jié)合雙門限能量檢測技術(shù)，以提高系統(tǒng)的檢測性能為目標(biāo)，從不同的技術(shù)指標(biāo)入手研究了基于軟融合和硬融合技術(shù)的協(xié)作感知性能。論文的研究為設(shè)計更加有