基于高阶累积量的频谱感知技术仿真分析

论文摘要

认知无线电技术已经成为解决现有频谱资源短缺的一种非常有前景的技术。它能够感知外界环境,通过实时改变某些操作参数,使其内部状态适应接收到的无线信号的统计性变化,从而实现高度可靠通信和对频谱资源的有效利用。在认知无线电中,频谱感知是认知无线电的首要任务。本文在分析目前存在的几种感知方法的基础上,提出了基于高阶累积量的频谱感知方法。目前的大部分感知方法,如能量检测法,只能检测频谱的占用情况,不能获得更多的频谱环境信息。本文的仿真结果验证了基于高阶累积量的频谱感知方案,并且文章还研究了基于高阶累积量的调制识别方法,并将二者结合,突出认知无线电智能化的特点。文章首先对认知无线电技术做简要的介绍,主要阐述认知无线电的定义、主要功能和关键技术。针对频谱检测技术,详细分析了三种频谱感知方法:匹配滤波器法、能量检测法和循环平稳特征检测法,并对现存的其他感知方案进行了简单介绍。然后分析了基于高阶累积量的频谱感知方法。根据对高阶累积量理论的分析,考虑性能要求和计算量,采用计算量相对较少的双谱检测方法。利用MATLAB仿真检测不同信噪比下的VSB信号和DS-SS/BPSK信号,并给出仿真结果。通过仿真分析证明了双谱检测法能够在低信噪比的情况下检测到微弱信号。除了频谱的占用情况外,信号的调制方式也是认知用户必须知道的信息。基于高阶累计量的调制识别方法一般计算量很大,很难工程实现。本文结合双谱对角切片峰值能量和谱分析的特征提取方法识别常用信号,并仿真验证该方法的有效性。最后研究了认知无线电的硬件实现。其中主要探讨射频感知前端的硬件结构及一些提案。并在此基础上提出一种改进感知结构,该结构的特点是利用一些先验知识缩小感知范围,来提升系统性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 认知无线电技术的研究现状
• 1.2.1 国际上认知无线电技术的发展概况
• 1.2.2 我国认知无线电技术的研究情况
• 1.3 认知无线电频谱感知技术的研究现状
• 1.3.1 算法理论研究
• 1.3.2 IEEE 802.22 对频谱感知技术的研究
• 1.4 论文的研究内容和结构
• 第2章 认知无线电概述
• 2.1 认知无线电的概念
• 2.2 认知无线电的关键技术
• 2.2.1 物理层的关键技术
• 2.2.2 介质访问控制层的关键技术
• 2.2.3 网络层关键技术
• 2.3 频谱感知技术
• 2.3.1 匹配滤波
• 2.3.2 能量检测
• 2.3.3 循环平稳特征检测
• 2.3.4 监测本振泄露法
• 2.3.5 实时数据库法
• 2.3.6 合作检测
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于高阶累积量的频谱感知技术
• 3.1 高阶矩与高阶累积量
• 3.2 高斯噪声的累积量
• 3.3 双谱的性质和算法
• 3.3.1 双谱的性质
• 3.3.2 双谱的算法
• 3.4 检测建模及方案仿真
• 3.4.1 检测VSB信号
• 3.4.2 检测DS-SS/BPSK信号
• 3.5 本章小结
• 第4章 认知无线电中的调制识别方法
• 4.1 双谱的对角切片
• 4.2 信号的平方谱
• 4.3 信号的四次方谱
• 4.4 识别参数
• 4.4.1 双谱对角切片的峰值能量E b
• 4.4.2 平方谱二倍载频处谱峰个数N
• 4.4.3 四次方谱二倍载频处谱峰个数K
• 4.5 识别算法及流程
• 4.6 仿真结果
• 4.7 本章小结
• 第5章 认知无线电的物理实现
• 5.1 认知无线电的基本物理结构
• 5.2 认知无线电物理层的功能设计
• 5.2.1 宽带感知前端
• 5.2.2 授权用户信号检测器
• 5.3 一种改进频谱感知方案
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢