认知无线电网络中一种改进的宽带频谱协作感知算法研究

论文摘要

不断持续增长的无线业务使得无线频谱的需求持续增加,同时有研究表明现有的频谱并未得到充分利用,这就出现了频谱分配和频谱需求之间的矛盾。认知无线电的出现将会有效的解决频谱短缺问题,而且已成为无线通信中的一个热点。认知无线电通信的一个重要前提是感知无线环境中的频谱空洞,即频谱感知。为了克服无线信道中由于衰落等原因造成的频谱感知性能下降,协作频谱感知引起学者们的广泛关注。目前的协作频谱感知算法都假定在频谱感知周期内认知用户保持静默,但是在实际应用中,除主用户发射的公共频谱之外,还有来自其它认知用户的局部频谱。本文主要研究主用户与认知用户同时辐射信号时的宽带频谱感知问题,提出了相应的算法,具体研究工作如下：首先,本文介绍了认知无线电的基本概念和研究现状,研究与分析了当前的频谱感知技术,特别是协作与宽带频谱感知技术。在此基础上,深入研究了认知无线电中的宽带频谱感知中存在的问题。其次,本文介绍了压缩感知技术以及该技术在宽带认知无线电频谱感知中的应用。最后,本文提出了一种交替式的分布式协作宽带频谱压缩感知算法,拟解决主用户与认知用户同时辐射信号时的频谱感知问题。本算法将压缩感知技术引入认知无线电的频谱感知,利用认知网络中的一跳范围内认知用户之间信息交互的加权平均作为频谱感知算法的约束,通过求解一致优化问题估计频谱,降低了认知无线电网络中的频谱感知的通信代价与计算复杂度。同时为了提高频谱感知性能,有效的分离主用户与相邻认知用户的频谱,本文采用了一种交替式频谱估计方法。又考虑到主用户频谱与认知用户的频谱之间的正交性,在交替式频谱估计方法中,引入主用户和认知用户频谱之间的正交性约束来提高频谱估计的准确性。最后进行了仿真实验,验证了本文提出算法的有效性以及算法收敛性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 认知无线电研究现状
• 1.3 认知无线电研究方向
• 1.4 本文主要工作及内容安排
• 第2章 认知无线电中的频谱感知技术
• 2.1 频谱感知技术
• 2.1.1 频谱感知介绍概述
• 2.1.2 频谱感知技术分类
• 2.1.3 频谱感知技术的性能参数
• 2.2 单个认知用户的频谱感知
• 2.2.1 匹配滤波器检测
• 2.2.2 能量检测
• 2.2.3 循环平稳特征检测
• 2.2.4 其它单个认知用户的频谱感知机制
• 2.3 协作感知
• 2.3.1 协作感知的分类
• 2.3.2 协作感知的数据融合技术
• 2.4 宽带认知无线电中的频谱感知技术
• 2.5 小结
• 第3章 压缩感知技术
• 3.1 压缩感知技术理论
• 3.1.1 压缩感知技术框架
• 3.1.2 压缩感知理论基础
• 3.2 压缩感知技术现状
• 3.3 压缩感知技术的应用
• 3.4 压缩感知在宽带认知无线电频谱感知上的应用
• 3.5 小结
• 第4章 一种改进的宽带频谱协作感知算法
• 4.1 引言
• 4.2 信号模型及问题的提出
• 4.3 分布式压缩频谱感知
• 4.3.1 压缩采样
• 4.3.2 基于一致优化的协作感知融合
• 4.4 存在局部频谱时的分布式压缩频谱感知算法
• 4.5 仿真
• 4.5.1 仿真实验设置与算法性能评价指标
• 4.5.2 存在局部频谱情况下的分布式频谱感知算法性能分析
• 4.6 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 读研期间发表学术论文和参与科研项目
• 致谢