认知无线电网络频谱感知研究

论文摘要

随着无线通信业务的迅猛发展,无线频谱资源显得越来越匮乏。目前,无线频谱资源由国家统一分配使用,无线频谱分为两个部分:授权频段(LFB)和非授权频段(UFB)。这种固定频谱分配的方式严重影响了无线网络的发展。大部分授权频段在时域、频域和空间域的利用率很低,而公共频段出现了严重的频谱拥挤。有限的频谱资源和较低的频谱利用率都迫切需要一个新的无线频谱利用方式,认知无线电技术应运而生。频谱感知技术是认知无线电系统的基本功能,是实现频谱管理和频谱共享的前提。本文主要研究了认知无线电的频谱感知技术。从基于发射源的频谱感知出发,研究了单个认知用户的频谱感知和多认知用户的合作频谱感知,分别给出了频谱感知算法。首先,考虑了单个认知用户的频谱感知。在单个认知用户的频谱感知中,根据通信信号和环境噪声在频谱分布上的不同,利用信息熵描述频谱分布特点,提出了基于频谱信息熵的频谱感知方案。通信信号的频域熵较小,噪声的频域熵较大,采用阈值判别法来判别授权频段是否存在授权用户的通信信号。并且设计了动态阈值选择算法。其次,进一步研究了多用户合作频谱感知。在多用户合作频谱感知中,主要研究的是基于时域信号相关性和频谱一致性的合作频谱感知方案。当授权用户存在时,认知用户接收到的信号是具有相关性的;当授权用户不存在,认知用户接收到的信号是不具有相关性的。另外,进一步分析了认知用户相关系数矩阵特征值的分布,从相关系数特征值出发设计了合作频谱感知算法,并给出了动态阈值选择算法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题的研究背景及意义
• 1.2 认知无线电的概念
• 1.3 认知无线电技术的研究现状
• 1.4 本文研究的主要问题及相关工作
• 1.5 主要研究工作和章节安排
• 第2章 认知无线电频谱感知技术基础
• 2.1 频谱感知模型及性能指标
• 2.1.1 频谱感知模型
• 2.1.2 频谱感知性能指标
• 2.2 发射源感知
• 2.3 合作感知
• 2.3.1 合作感知的提出
• 2.3.2 典型的合作感知算法
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于频谱信息熵的频谱感知算法
• 3.1 引言
• 3.2 网络系统模型
• 3.3 基于频谱信息熵的频谱感知算法
• 3.3.1 离散傅里叶分析
• 3.3.2 频谱信息熵估计
• 3.3.3 样本随机化过程
• 3.3.4 频谱感知算法
• 3.4 仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于相关性的合作频谱感知
• 4.1 引言
• 4.2 频谱感知网络模型
• 4.3 信号相关性分析
• 4.3.1 数据融合
• 4.3.2 相关性分析
• 4.3.3 特征值分解
• 4.4 基于信号相关性的合作频谱感知算法
• 4.4.1 动态阈值选择
• 4.4.2 合作频谱感知算法
• 4.5 基于频谱一致性的感知算法
• 4.5.1 数据融合与频谱分析
• 4.5.2 频谱一致性分析及频谱感知算法
• 4.6 仿真分析
• 4.6.1 信号相关性算法仿真
• 4.6.2 频谱一致性算法仿真
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务和主要成果
• 致谢
• 作者简介