認(rèn)知無線電頻譜感知技術(shù)性能分析及優(yōu)化.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展,人們對無線頻譜的需求急劇增加。在傳統(tǒng)的靜態(tài)頻譜管理方式中,大多數(shù)頻譜資源已經(jīng)被分配給特定的通信系統(tǒng)或用戶,很難為新的通信系統(tǒng)找到可用頻段。而另一方面,一些測量數(shù)據(jù)表明,已分配的頻譜利用率十分低下,因此頻譜資源的稀缺問題很大程度上歸因于低效的分配方式,而不僅是頻譜資源的物理稀缺。認(rèn)知無線電技術(shù)是一種具備動態(tài)頻譜接入功能的智能無線通信系統(tǒng),能在不干擾主用戶的前提下伺機(jī)接入主用戶的頻段,提高已分配頻譜的利用率,從而

2、緩解無線頻譜資源短缺的問題。
　　 認(rèn)知無線電的關(guān)鍵技術(shù)從廣義上分為三大類,即頻譜感知、頻譜共享和頻譜資源管理。其中頻譜感知是認(rèn)知無線電技術(shù)能夠成功應(yīng)用的重要前提,其目標(biāo)是在不干擾主用戶的條件下,提供給次級用戶接入主用戶頻段的機(jī)會。本文在頻譜感知技術(shù)的性能分析和優(yōu)化方面進(jìn)行了研究,創(chuàng)新性成果如下:
　　 1.在Nakagami—m衰落信道下,分析了采用等增益合并進(jìn)行數(shù)據(jù)融合的合作檢測算法的性能。本文利用廣義馬庫姆Q函數(shù)的

3、等價表達(dá)式和一些特殊函數(shù)的積分,得到了衰落因子為任意不小于0.5的數(shù)時檢測性能的通用級數(shù)表達(dá)式。仿真結(jié)果驗證了理論分析結(jié)果的正確性,并給出一組實際中的參數(shù)設(shè)置。
　　 2.以周期頻譜感知機(jī)制為研究背景,在只有一個考察頻段的場景下,分別建立了采用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)融合的合作檢測、單用戶序貫檢測和多用戶合作序貫檢測三種檢測方式時,認(rèn)知無線電系統(tǒng)的吞吐量優(yōu)化模型。在對主用戶有充分保護(hù)的約束條件下,利用最優(yōu)化理論證明了最優(yōu)解的存在性和唯一性,并給

4、出了最優(yōu)解的搜索算法。仿真結(jié)果給出了不同仿真參數(shù)設(shè)置下的最大吞吐量及其對應(yīng)的最優(yōu)參數(shù)。從仿真結(jié)果可以看出,采用檢測速度更快的序貫檢測的認(rèn)知無線電系統(tǒng)可以達(dá)到更大的吞吐量,其代價是進(jìn)行更多次的判決。在實際應(yīng)用中,可根據(jù)具體情況選擇不同的檢測算法。
　　 3.研究了主用戶為多載波調(diào)制系統(tǒng)時認(rèn)知無線電系統(tǒng)的檢測參數(shù)設(shè)置問題。當(dāng)主用戶為多載波調(diào)制系統(tǒng)時,次級用戶要先將其接收信號變換到頻域,然后在頻域上對每個子信道上的信號進(jìn)行檢測。本文研

5、究了次級用戶分別采用單用戶檢測和基于決策融合的多用戶合作檢測時,對多載波調(diào)制的主用戶系統(tǒng)的檢測參數(shù)設(shè)置問題,首先給出了檢測器模型,進(jìn)而建立吞吐量優(yōu)化問題,并給出了優(yōu)化方法。仿真結(jié)果驗證了理論分析。
　　 4.當(dāng)認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中存在多個主用戶頻段時,次級用戶需要依次感知每個主用戶頻段。本文提出了一種基于粒子群優(yōu)化的算法,優(yōu)化了分配給每個主用戶頻段的檢測時間,以達(dá)到系統(tǒng)吞吐量最優(yōu)。通過將該問題建模為一個約束優(yōu)化問題,并以每個主用戶頻