認(rèn)知無(wú)線電頻譜感知若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展,頻譜資源的稀缺已經(jīng)成為提升現(xiàn)有各種通信系統(tǒng)以及發(fā)明新型通信系統(tǒng)的瓶頸,而另一方面當(dāng)前采取的靜態(tài)的頻譜管理方式卻導(dǎo)致頻譜使用的效率非常低下。為了提高頻譜利用率,研究人員提出了認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)。在認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中,次要用戶通過(guò)頻譜感知發(fā)掘時(shí)域、空域和頻域上的傳輸機(jī)會(huì),然后根據(jù)環(huán)境和頻譜條件的變化,通過(guò)軟件無(wú)線電的功能迅速調(diào)整其工作參數(shù)充分利用可能出現(xiàn)的機(jī)會(huì)進(jìn)行通信,從而提高頻譜的利用效率。為了使認(rèn)知無(wú)線電成功地實(shí)現(xiàn)

2、動(dòng)態(tài)頻譜接入的目的,可靠的頻譜感知模塊具有舉足輕重的地位,同時(shí)也是本文研究?jī)?nèi)容的中心,創(chuàng)新性成果如下:
　　 1.分析了認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中多徑衰落信道下,能量檢測(cè)器的魯棒性,得到了能量檢測(cè)器由微小噪聲不確定度引起的信噪比墻(SNR wall),分析與仿真結(jié)果表明多徑衰落導(dǎo)致能量檢測(cè)器具有更高的信噪比墻。當(dāng)次要用戶接收到的主要用戶信號(hào)的信噪比低于信噪比墻時(shí),無(wú)論將檢測(cè)時(shí)間延長(zhǎng)多久都不能實(shí)現(xiàn)魯棒的檢測(cè),因此多徑衰落會(huì)進(jìn)一步限制能量檢測(cè)

3、器在認(rèn)知無(wú)線電中的應(yīng)用。
　　 2.為了克服能量檢測(cè)器的缺陷并提高檢測(cè)效率,首先提出了一種基于序貫檢測(cè)的合作頻譜感知算法并優(yōu)化了算法所需的平均感知時(shí)間,得到了系統(tǒng)能達(dá)到的最小平均感知時(shí)間以及此時(shí)系統(tǒng)應(yīng)滿足的參數(shù)設(shè)置條件。其次,針對(duì)大尺度認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò),提出了一種高效的基于序貫概率比檢測(cè)的頻譜感知算法。該算法在認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)所有的次要用戶中選擇一組有較高接收信噪比的次要用戶對(duì)主要用戶信號(hào)進(jìn)行合作檢測(cè)。理論分析和仿真結(jié)果表明該算法需

4、要較少的次要用戶參與合作頻譜感知,因此需要較少的數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)銷,因而算法也具有較高的能量效率。最后,在認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中,次要用戶可能有較高的傳輸時(shí)延要求,此時(shí)次要用戶必須在每一幀規(guī)定的感知時(shí)隙內(nèi)做出判決,然而序貫檢測(cè)所需的檢測(cè)時(shí)間是隨實(shí)際接收信號(hào)的變化而變化的隨機(jī)變量。基于此,為了在提高平均感知速度的同時(shí)避免個(gè)別情況下所需感知時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的情況發(fā)生,提出了一種基于截?cái)嘈蜇灆z測(cè)的頻譜感知算法。該算法在有限的感知時(shí)間內(nèi),能夠在滿足系統(tǒng)感知性能要求

5、的同時(shí)縮短所需的平均感知時(shí)間。
　　 3.除了感知算法的設(shè)計(jì),在頻譜感知中感知時(shí)間的設(shè)置也是一個(gè)重要的問(wèn)題。因此討論了在頻譜感知時(shí)間一定的情況下,如何將感知時(shí)間分配到多個(gè)考察頻段上使次要用戶獲得最大的通信機(jī)會(huì)。對(duì)每個(gè)頻段上主要用戶有充分保護(hù)的條件下,將感知時(shí)間分配問(wèn)題建模成一個(gè)線性約束優(yōu)化問(wèn)題,通過(guò)驗(yàn)證目標(biāo)函數(shù)Hessian矩陣的負(fù)定性證明了感知時(shí)間分配問(wèn)題是一個(gè)凸優(yōu)化問(wèn)題,然后給出了基于罰函數(shù)法和牛頓法的搜索算法找到最優(yōu)的時(shí)間

6、分配并得到了最大的傳輸機(jī)會(huì)。
　　 4.在認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中,惡意用戶的存在不可避免。為了對(duì)抗惡意用戶對(duì)合作頻譜感知協(xié)議的攻擊,在建立認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)威脅模型的基礎(chǔ)上,分析了網(wǎng)絡(luò)中存在惡意用戶時(shí)合作頻譜感知算法性能的下降程度,并提出了一種基于信譽(yù)的加權(quán)合作頻譜感知算法。在該算法中,融合中心首先為網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)次要用戶分配一個(gè)信譽(yù)值,依據(jù)每個(gè)次要用戶的歷史檢測(cè)結(jié)果更新其信譽(yù)值,然后將信譽(yù)值映射為每個(gè)次要用戶的加權(quán)因子,最后進(jìn)行加權(quán)融合及