選擇性協(xié)同頻譜感知技術(shù)研究.pdf

1、認知無線電(Cognitive Radio，CR)可以較好地解決頻譜資源匱乏和授權(quán)頻段利用率低下的矛盾，成為一種最具有應用前景的動態(tài)頻譜接入技術(shù)。其核心思想就是認知用戶在不干擾授權(quán)用戶通信的前提下與之共享頻譜資源，這就決定了CR的首要任務是頻譜感知，其本質(zhì)是在復雜電磁環(huán)境中確定欲與之共享頻段的授權(quán)用戶是否正在使用頻譜。通常，CR系統(tǒng)對授權(quán)用戶信號形式以及地理位置等信息一無所知，授權(quán)用戶可能要求CR系統(tǒng)具有更好的頻譜感知性能（如不得對授權(quán)

2、用戶通信系統(tǒng)造成任何不利影響）才允許其與之共享頻段，這些因素使得傳統(tǒng)的頻譜感知技術(shù)難以直接應用于CR系統(tǒng)，而需要尋求新的理論方法和關(guān)鍵技術(shù)。本文的主要貢獻包括:
　　1、實現(xiàn)了一種快速、有效的基于循環(huán)自相關(guān)的頻譜感知方法。
　　作者基于循環(huán)自相關(guān)的循環(huán)平穩(wěn)特性，對調(diào)制信號的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)在零循環(huán)頻率和非零循環(huán)頻率處的特性進行了深入分析，提出了新的基于循環(huán)自相關(guān)的頻譜感知方法，并給出了此方法對應的頻譜感知的檢測概率和虛警概率的

3、解析表達式。該感知方法保持了循環(huán)平穩(wěn)特性對噪聲的適應性以及信號類型識別方面具有的顯著優(yōu)點，同時降低了感知的計算量。推導分析表明，接收信號的循環(huán)自相關(guān)(R)x(0，τ≠0)在非零循環(huán)頻率（α≠0）和零循環(huán)頻率（α=0）處都具備循環(huán)平穩(wěn)特征的抗噪優(yōu)勢，特別是當循環(huán)頻率α=0時，循環(huán)自相關(guān)(R)x(0，τ≠0)具備最大值，因而基于(R)x(0，τ≠0)進行感知可以獲得最大的檢測概率。仿真研究進一步表明:基于循環(huán)自相關(guān)的頻譜感知其抗噪性能明顯優(yōu)

4、于能量檢測，計算量與能量法接近;相比傳統(tǒng)的循環(huán)譜頻譜感知法，其在具備相近感知性能同時，計算量則要低得多。理論分析與仿真結(jié)果相互映證，證明了這是一種有效的快速頻譜感知方法。
　　2、將上述循環(huán)自相關(guān)的思想運用于協(xié)同感知，提出了選擇性協(xié)同感知模型和一種新的基于認知用戶個體特征的用戶選擇方法。
　　協(xié)同頻譜感知雖然提升了系統(tǒng)感知性能，但隨著參與協(xié)同感知用戶數(shù)的增加，也帶來了大量的協(xié)同通信的額外開銷。不同認知節(jié)點與授權(quán)用戶之間的感知

5、信道不同，其參與協(xié)作對系統(tǒng)感知性能的貢獻也不一樣。作者針對這一事實，提出了選擇性協(xié)同感知模型和一種基于循環(huán)自相關(guān)的新的用戶選擇方法，以保證只有具有良好性能的用戶參與協(xié)同感知，進而提高協(xié)同感知的可靠性并降低感知開銷。
　　3、實現(xiàn)了基于多天線選擇融合的頻譜感知。
　　基于似然比的多天線頻譜感知需要預知信道增益、噪聲方差、授權(quán)用戶信號形式等信息，廣義似然比（GLRT）法通過最大似然估計克服了這些局限性，但計算復雜。作者提出了不依

6、賴信道增益、噪聲方差以及授權(quán)用戶信號形式的基于循環(huán)自相關(guān)的EGC融合、MRC融合與SC融合三種頻譜感知方法，分析了三種融合感知的性能，并推導了三種融合感知的檢測概率表達式。仿真結(jié)果表明，基于循環(huán)自相關(guān)的多天線融合頻譜感知具備優(yōu)于多天線能量、多天線GLRT的感知性能。
　　多天線頻譜感知中，由于每根天線的信道增益和噪聲功率未知，簡單融合并非一定能夠提升感知性能，特別當各天線之間的性能差別較大時，考慮所有天線分集的融合無助于提高檢測概