认知无线电联合频谱感知技术的研究

论文摘要

频谱感知是实现认知无线电网络应用的首要的关键技术之一,近年来受到人们广泛的关注而成为当前研究的热点。本文选题来源于国家自然科学基金等项目,旨在提高认知无线电网络频谱感知的可靠性和有效性,具有重要的理论意义和应用前景。本文主要从多个用户的联合频谱感知的角度出发,在无线通信环境下,通过分析信号衰落、阴影效应以及隐性终端等问题对频谱感知性能造成的影响,探索提高认知无线电网络频谱感知的整体性能。本文的主要工作及创新点如下:针对认知无线电网络在不同的检测融合结构以及在相同信噪比和不同信噪比的情况下,频谱感知性能的差异讨论并解决频谱感知融合后性能下降的问题,本文提出了一种基于信噪比划分等级的等级频谱感知融合的算法。其主要思想是通过对频谱感知节点按信噪比的大小进行分组,利用相同信噪比的情况下,检测融合的并行结构可以获得最佳的检测性能的优点,及在不同信噪比的情况下,检测融合的串行结构能够保持高信噪比节点的检测性能的特点,能保证在不同情况下,获得频谱感知信息的最佳或准最佳融合。仿真结果表明这种方式简便易行,计算复杂度低,能够在系统级上达到提高检测概率、降低虚警概率的目的。针对具体的检测融合的判决规则,目前的研究结果只是考虑简单地采用“与规则”、“或规则”等判决规则,没有考虑检测概率、虚警概率及频谱感知的节点数量对检测融合性能的影响。本文通过对融合判决规则进行的深入分析,给出了不同的检测融合规则的性质及其适用条件。利用这些适用条件把分布式检测融合的理论运用到本地频谱感知技术中,可得到低复杂度的提高频谱感知检测性能的方法。仿真结果表明,这种方法能够抵抗由于缺少先验信息而导致的本地频谱感知的性能下降。针对在通信带宽受限情况下如何提高频谱感知的检测性能的问题,本文提出了一种审核检测融合判决规则的算法,即增加了对未发送检测报告的节点的状态进行考虑的三元判决融合方式。与只考虑频谱感知信息“0”、“1”状态的常规的二元检测融合规则相比,在不增加通信量的基础上,审核检测融合判决规则能获得更好的检测性能,仿真结果表明即使在节点数很少的情况下,频谱感知的检测性能的也有显著的提高。本文还对分布式检测融合在认知无线电网络安全方面的应用进行了探索,提出了一种将检测融合与异常点检测相结合的方法,把检测融合规则与异常点检测相结合,作为抵御认知无线电网络中出现故障节点或恶意节点的手段。通过计算机仿真可以看出,这种方式可以增加在恶劣环境下认知无线电频谱感知的鲁棒性,本文的研究结果也为此领域的研究开辟出一个新的研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 认知无线电技术概述
• 1.1.2 认知无线电的关键技术
• 1.2 本文的主要研究工作及内容安排
• 参考文献
• 第2章 认知无线电的频谱感知技术
• 2.1 引言
• 2.2 不同频谱感知方式的讨论
• 2.2.1 感知接收设备方式
• 2.2.2 干扰温度方式
• 2.3 频谱感知接收机的实现
• 2.4 频谱感知的信号处理方法
• 2.4.1 匹配滤波器检测方式
• 2.4.2 能量检测器检测方式
• 2.4.3 循环平稳特征检测方式
• 2.5 MATLAB仿真与比较
• 2.5.1 仿真原理
• 2.5.2 仿真结果
• 2.5.3 分析与比较
• 2.6 本章小结
• 参考文献
• 第3章 频谱感知的统计分析
• 3.1 频谱空洞的检测判决
• 3.1.1 匹配滤波器的检测性能
• 3.1.2 正弦波检测器的检测性能
• 3.1.3 能量检测器的检测性能
• 3.2 信号衰落及阴影效应的影响
• 3.2.1 瑞利衰落的影响
• 3.2.2 对数正态阴影效应的影响
• 3.3 信噪比对采样点数的影响
• 3.3.1 匹配滤波器
• 3.3.2 正弦波检测器
• 3.3.3 能量检测器
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第4章 频谱感知的检测融合结构分析与研究
• 4.1 引言
• 4.2 NEYMAN-PEARSON分布式检测融合结构
• 4.2.1 检测融合的并行结构
• 4.2.2 检测融合的串行结构
• 4.2.3 其它检测融合结构
• 4.3 认知无线电的并行检测融合
• 4.3.1 相同概率的检测融合
• 4.3.2 不同概率的检测融合
• 4.4 认知无线电的串行检测融合
• 4.4.1 相同概率的检测融合
• 4.4.2 不同概率的检测融合
• 4.5 认知无线电的分级检测融合
• 4.6 本章小结
• 参考文献
• 第5章 频谱感知检测融合的进一步分析与研究
• 5.1 相同概率情况下的频谱感知检测融合
• 5.1.1 关于"或规则"的讨论
• 5.1.2 关于"与规则"的讨论
• 5.1.3 相同概率的"k表决"规则
• 5.1.4 融合规则的选择
• 5.1.5 计算实例
• 5.2 通信带宽受限情况下的检测融合
• 5.2.1 审核传感器检测方式
• 5.2.2 审核检测的判决融合
• 5.2.3 计算实例
• 5.3 频谱感知故障及安全性方面的讨论
• 5.3.1 采取异常点检测的审核检测判决融合
• 5.3.2 计算实例
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表或已投学术论文清单