认知无线电中协作频谱感知的性能优化研究

论文摘要

近年来,随着无线电频带需求的快速增加,频谱资源的缺乏日益突显。为了解决频谱缺乏和频谱利用率之间的矛盾,认知无线电技术通过实现频谱的共享从而提高频谱利用率。本文主要针对认知无线电中两种改进的协作频谱感知方案进行研究,并通过仿真试验证实了改进方案的有效性和合理性,主要研究内容如下：1.通过广泛的查阅与分析国内外文献资料,介绍了认知无线电中频谱感知的国内外研究现状,分析了各种频谱感知技术的原理及其优缺点,重点讨论了协作频谱感知相比单用户感知的优势以及协作感知存在的问题。2.感知时间和报告时间重叠的协作频谱感知研究传统的协作频谱感知方案将频谱感知操作分成了感知阶段和报告阶段两个独立的过程。该传统方案把频谱检测的操作局限在用于感知阶段的时间块,考虑到较长的感知时间更有利于提高检测性能,本文做出一种改进的协作频谱感知方案。在不增加额外时间开销的前提下,该方案将频谱检测的操作从传统协作方案中的感知时间延伸到其他协作用户的报告时间。为了达到更好的检测性能,我们让参与协作的一个认知用户在上一个认知用户的报告时间内仍然执行频谱检测,所有的协作用户均采用这种感知时间和报告时间重叠的方式执行频谱感知且依次报告感知结果给融合中心,然后融合中心利用加权的软融合方法,优化权系数达到精确的总体判决。仿真结果显示改进方案比传统方案有显著的性能增益。3.基于中继的协作频谱感知研究在认知基站配备单天线的传统协作感知方案中,认知用户将感知观测值以时分复用的方式报告给认知基站,报告所需时间随协作用户数的增加而变大；并且当通过衰落的报告链路发送感知信息给认知基站时,感知性能会严重恶化,为此本文介绍一种基于中继的协作频谱感知方案。该方案中认知基站配备多根接收天线,在考虑到感知链路和报告链路均遭遇到衰落的条件下,认知无线电网络中的感知节点充当中继的功能,认知中继以放大前传的方式同时转发接收到的信号给认知基站。认知基站解码出每个认知中继的发送信号并计算其能量值,然后对信号的能量值加权进行最终融合判决。对比传统的协作频谱感知,该方案能够更高效、更精确的执行协作感知。仿真结果证实了该方案的有效性。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 无线通信频谱资源的匮乏和管理现状
• 1.1.2 解决途径:采用认知无线电的技术优势和应用前景
• 1.1.3 认知无线电的工作模式和核心技术
• 1.2 认知无线电的国内外研究现状
• 1.3 频谱感知的研究现状
• 1.4 本文主要研究内容和章节安排
• 第二章 认知无线电网络中的频谱感知技术
• 2.1 引言
• 2.2 频谱感知的检测技术
• 2.2.1 基于发射机的主用户检测技术
• 2.2.2 基于接收机的主用户检测技术
• 2.3 协作频谱感知技术及相关算法的研究
• 2.3.1 协作频谱感知技术及算法
• 2.3.2 采用线性硬判决的协作频谱感知算法
• 2.4 本章小结
• 第三章 感知时间和报告时间重叠的协作频谱感知研究
• 3.1 引言
• 3.2 系统模型的描述
• 3.2.1 传统的协作频谱感知模型
• 3.2.2 感知时间和报告时间重叠的协作频谱感知模型
• 3.3 问题建模算法
• 3.4 仿真结果和分析讨论
• 3.5 小结
• 第四章 基于中继的协作频谱感知研究
• 4.1 引言
• 4.2 基于中继的协作频谱感知模型
• 4.2.1 传统的中继协作感知模型
• 4.2.2 降低衰落报告链路影响的中继协作感知模型
• 4.3 中继协作的感知性能分析
• 4.4 仿真结果和分析讨论
• 4.5 小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间公开发表的论文和参与的科研项目
• 致谢