頻譜感知算法及授權(quán)用戶用頻行為研究.pdf

1、近年來，以認知無線電為代表的動態(tài)頻譜接入技術(shù)為當(dāng)前頻譜資源利用率偏低的問題提供了行之有效的解決辦法，為解決有限的頻譜資源與日益增長的用頻需求這一突出矛盾指明了一條便捷且有效的途徑。認知無線電技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)中的用戶劃分為擁有頻譜優(yōu)先接入權(quán)限的授權(quán)用戶和具有較低權(quán)限的認知用戶，其基本原則是要求認知用戶在不干擾授權(quán)用戶正常通信的情況下動態(tài)接入頻譜，從而提高頻譜利用率，應(yīng)用該技術(shù)的前提條件就是認知用戶對于時間域和空間域上頻譜空洞的準確感知。

2、　　 本文以認知無線網(wǎng)絡(luò)中時間域的頻譜感知技術(shù)為主要研究對象，首先回顧了頻譜感知技術(shù)的理論基礎(chǔ)——信號檢測技術(shù)，并在改進現(xiàn)有能量檢測器的基礎(chǔ)上提出了一種基于雙門限能量檢測方法的協(xié)作頻譜盲感知技術(shù)；進而對能量檢測方法中基于中心極限定理使用高斯分布逼近卡方分布時的近似誤差進行了詳細的分析；隨后利用時間序列分析理論建立了基于實際移動通信網(wǎng)絡(luò)運行數(shù)據(jù)的授權(quán)用戶頻譜占用行為模型，即時譜模型，并基于該模型對授權(quán)用戶未來的頻譜占用情況進行了預(yù)測；<

3、br>　　 然后根據(jù)以上研究基礎(chǔ)設(shè)計出一種間歇式節(jié)能頻譜感知技術(shù)；最后給出了全文總結(jié)和后續(xù)工作展望。
　　 本文主要取得如下研究成果：
　　 (1)在改進現(xiàn)有協(xié)作頻譜感知技術(shù)的基礎(chǔ)上提出了一種基于雙閾值（門限）能量檢測的協(xié)作頻譜感知方法，該方法在認知用戶的能量檢測器中設(shè)置兩個門限，認知用戶根據(jù)接收信號能量落入的判決區(qū)域決定向判決中心發(fā)送局部判決結(jié)果或接收信號能量值。該方法同時利用了認知用戶的接收信號能量和局部判決結(jié)果兩

4、種信息，判決中心對以上兩種信息進行融合后做出授權(quán)用戶存在與否的最終判決。分析結(jié)果表明當(dāng)接收信號能量落入延遲判決區(qū)間的概率較大時，本方法能夠顯著地改善認知無線網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作頻譜感知能力。
　　 (2) 針對當(dāng)前許多研究者在能量檢測器中使用高斯分布代替卡方分布進行理論分析的情況，深入研究了進行以上逼近時的近似誤差。通過建立兩個誤差評價函數(shù)——歸一化均方誤差函數(shù)（NEF）和絕對誤差函數(shù)（AEF），分別對整體和具體的近似誤差進行了分析。數(shù)值

5、仿真的結(jié)果顯示，不論授權(quán)用戶是否占用頻譜，只要卡方分布的自由度大于或等于3時，近似誤差已經(jīng)處于可以接受的范圍之內(nèi)；并列出了當(dāng)近似誤差最小時對應(yīng)的卡方分布概率值，有助于隨后的研究者在進行同樣的近似時選取最佳的概率區(qū)間進行研究。
　　 (3)為了分析授權(quán)用戶的頻譜占用情況，改善頻譜感知算法的檢測性能，本文對現(xiàn)有GSM 移動通信網(wǎng)絡(luò)中載頻級的占用時長數(shù)據(jù)進行了詳細的討論和分析，基于采集自實際網(wǎng)絡(luò)中的載頻占用時長數(shù)據(jù)建立了描述GSM 網(wǎng)

6、絡(luò)授權(quán)用戶頻譜占用行為的數(shù)學(xué)模型，并討論了針對該指標的兩種建模方法——直接法和間接法，最后使用各載頻對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型對其未來的占用時長情況進行了預(yù)測?；趯嶋H數(shù)值的研究結(jié)果表明本文建立的數(shù)學(xué)模型能夠?qū)ξ磥硪恍r內(nèi)授權(quán)用戶的頻譜占用情況作出較為準確的預(yù)測。
　　 (4) 利用本文先前的兩項研究結(jié)果——雙門限能量檢測方法和授權(quán)用戶頻譜占用模型，提出了一種能夠節(jié)省認知用戶能耗的間歇式頻譜感知策略。使用該策略的認知用戶通過預(yù)測授權(quán)用戶未來

7、的頻譜占用時長來決定靜默期的長度，在預(yù)設(shè)的靜默期內(nèi)保持休眠，從而降低自身能耗?；趯嶋H載頻平均占用時長數(shù)據(jù)的仿真結(jié)果表明，該策略可以在幾乎不影響頻譜利用率的情況下為認知用戶節(jié)省約6％的能量消耗。
　　 綜上所述，本文研究了在未知授權(quán)用戶先驗信息情況下的頻譜盲感知技術(shù)，以及已知授權(quán)用戶頻譜占用模型時的間歇式頻譜感知策略，主要關(guān)注于提升認知用戶的感知能力，降低能量消耗，從而更加有效地利用有限的頻譜資源，提高頻譜利用率。論文的研究工作