認知無線電中的頻譜感知與干擾檢測技術(shù)研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，相關(guān)的設(shè)備和應(yīng)用也與日俱增，同時，有限的無線頻譜資源也變得日趨緊張，越來越難以滿足日益增長的用戶需求。另一方面，在現(xiàn)有的機制下，許多無線頻譜資源被授權(quán)給了特定的用戶卻并沒有得到很好的利用，大量的授權(quán)頻譜由于授權(quán)用戶的不存在或是不活動被閑置從而造成了頻譜資源的浪費。為了解決這一矛盾，Mitola博士于1999年提出了認知無線電的概念，通過動態(tài)頻譜接入使得感知用戶可以使用閑置的授權(quán)頻段的頻譜資源，從而提升頻譜的利

2、用率，緩解頻譜資源緊張問題。
　　頻譜感知在認知無線電系統(tǒng)中是一種基礎(chǔ)且重要的功能，認知無線電系統(tǒng)的正常工作依賴于可靠的頻譜感知結(jié)果，因此如何提升頻譜感知的可靠性一直以來都是研究領(lǐng)域的重點。干擾是無線通信領(lǐng)域中的一個常見共性問題，在認知無線電系統(tǒng)中若存在無線干擾則授權(quán)用戶和感知用戶的正常通信均會受到影響。為保證系統(tǒng)能夠應(yīng)對復(fù)雜的無線通信環(huán)境，一個完整的認知無線電系統(tǒng)需要具備檢測當(dāng)前是否存在干擾的能力。圍繞上述內(nèi)容，本論文從以下三個

3、方面開展相關(guān)的研究工作：
　　1.在認知無線電系統(tǒng)進行聯(lián)合頻譜感知時，如果忽視當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)而刻板地使用固定的數(shù)據(jù)融合規(guī)則常常造成感知可靠性不足或是系統(tǒng)開銷過大。針對這一問題，本文提出了一種聯(lián)合頻譜感知數(shù)據(jù)融合規(guī)則選擇方案。該方案從常用的數(shù)據(jù)融合規(guī)則中選出典型方案組成規(guī)則庫，首先仿真分析在不同網(wǎng)絡(luò)條件下規(guī)則庫中各數(shù)據(jù)融合規(guī)則的性能，再根據(jù)上述結(jié)果設(shè)計一種能夠根據(jù)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境選擇感知可靠性最高（若多個規(guī)則性能相近則選擇響應(yīng)更快的規(guī)

4、則）的數(shù)據(jù)融合規(guī)則的算法。其中，上述算法中的待定參數(shù)通過遺傳算法得出。仿真結(jié)果表明，相比較于使用單一的數(shù)據(jù)融合規(guī)則，利用此數(shù)據(jù)融合規(guī)則選擇方案可以提供更高的頻譜感知可靠性。此外，只需輔以低復(fù)雜度的信任值計算方法，本方案可以以更短的系統(tǒng)響應(yīng)時間輸出與其他高復(fù)雜度的方案相似的頻譜感知正確率。
　　2.基于信任機制的聯(lián)合頻譜感知中，當(dāng)一個感知用戶匯報錯誤的本地感知結(jié)果時，數(shù)據(jù)融合中心通常是不分具體原因進行統(tǒng)一處理去降低一個節(jié)點的可信度，

5、這種可信度計算方法并不能真實地反映一個節(jié)點的惡意程度。針對這一問題，本文提出了一種新的基于信任機制的聯(lián)合頻譜感知方案。該方案首先依據(jù)各節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境估算出相應(yīng)的感知能力值，在此基礎(chǔ)上結(jié)合感知結(jié)果歷史數(shù)據(jù)使用最大似然估計的方法估算出用戶的可信度，在數(shù)據(jù)融合中心進行數(shù)據(jù)融合時綜合考慮用戶的能力值和可信度輸出最終的聯(lián)合感知結(jié)果。根據(jù)仿真結(jié)果，使用此方案所計算出的用戶可信度能夠很好地捕捉感知用戶的主觀惡意程度，并且可以有效地提升存在篡改感知數(shù)據(jù)

6、攻擊情況下的頻譜感知正確率。相較于傳統(tǒng)的基于信任機制的聯(lián)合頻譜感知方案，本方案能提供更高的感知正確率，在最優(yōu)情況下感知正確率最大可以提升約38％。
　　3.在所有的干擾類型中，學(xué)界普遍認為最難以檢測的是被動型干擾。若存在被動型干擾對認知無線電系統(tǒng)進行干擾將對其正常運行帶來極大的危害。針對這一問題，本文提出了一種針對被動型干擾源的聯(lián)合檢測與定位方案。該方案利用多個授權(quán)用戶之間的協(xié)作，根據(jù)干擾對鄰近授權(quán)小區(qū)中授權(quán)用戶的影響建立常態(tài)檔案

7、，然后根據(jù)當(dāng)前測量值與常態(tài)檔案的相似度進行被動干擾源的檢測，并且在檢測出干擾源存在的情況下可以基于同樣的輸入進行對干擾源的實時定位。通過仿真驗證，該方案檢測速度較快，并且在最佳狀況下可以實現(xiàn)被動干擾源檢測的虛警概率和漏警概率同時低于10％，在干擾源定位方面，該方案最差情況下也有70％以上的概率保證干擾源定位誤差在一跳之內(nèi)。
　　綜上所述，本文以提升認知無線電中聯(lián)合頻譜感知的可靠性以及對干擾源的檢測和定位能力為目標，從三個方面對相關(guān)