基于认知无线电的协作频谱感知技术研究

论文摘要

当前日益增长的频谱需求与有限的频谱资源之间的矛盾是制约无线通信发展的主要瓶颈,然而根据调查,目前在授权频段内的频谱资源利用率却处于非常低的水平,为此人们提出认知无线电技术。认知无线电可以在已授权的频段内寻找空闲频谱,并在不影响授权用户正常通信的前提下动态地利用频谱资源,从而从根本上解决因频谱资源的固定分配方式所导致的频谱利用不合理的问题。频谱感知技术是认知无线电的关键技术,是实现认知无线电的前提和先决条件。本文针对如何提高频谱感知技术的检测性能展开全面研究。本文叙述了认知无线电以及频谱感知技术的发展历史、研究现状以及相关概念,分析和研究了基于本地频谱检测的频谱感知方式,在比较各种检测算法的基础上,针对认知无线电需具备检测未知形式主用户信号能力的要求,选择能量检测算法作为研究重点。主要分析了能量检测算法的原理、频谱检测效果及其分别在AWGN信道和Rayleigh衰落信道下的性能,并分别对不同信道下能量检测算法进行了仿真。由于在衰落信道下本地频谱检测的性能严重下降,且在无线环境下不可避免的存在多径和阴影效应的影响,因此本文进一步研究了利用多认知用户的协作来克服单认知用户检测性能的不足。通过分析协作频谱检测系统的网络结构,分别研究了集中式和分布式的协作检测方式,并对两者的性能进行了比较。在此基础上,研究了基于集中式协作频谱检测方式的数据融合准则,并深入研究了Chair-Varshney算法,根据该算法的判决关系式,重点推导和得出了Chair-Varshney准则下全局虚警概率与检测概率的表达式,结合仿真实验结果进行了频谱检测性能的分析。本文最后将分簇技术引入到认知无线电的协作频谱检测中,研究并设计了一种基于分簇的协作频谱检测方案,给出了分簇协作检测的系统结构及检测流程,并在分簇的情况下进一步分析了协作方式的数据融合问题,通过仿真实验验证了基于分簇的协作检测方案可以带来检测性能的提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 认知无线电的概念
• 1.4 论文主要工作及组织结构
• 第2章 本地频谱检测技术研究
• 2.1 频谱感知技术综述
• 2.1.1 频谱感知技术定义
• 2.1.2 频谱感知技术的性能评价
• 2.2 本地频谱检测算法分析
• 2.2.1 主用户发射机检测算法
• 2.2.2 主用户接收机检测算法
• 2.2.3 本地频谱检测算法比较
• 2.3 基于能量检测的本地频谱检测研究
• 2.3.1 能量检测算法研究
• 2.3.2 能量检测算法性能参数研究
• 2.4 仿真研究及性能分析
• 2.4.1 能量检测算法性能仿真
• 2.4.2 衰落信道下能量检测仿真
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于协作的频谱感知数据融合研究
• 3.1 本地频谱检测的局限性
• 3.2 协作频谱感知系统结构分析
• 3.2.1 集中式协作检测模型
• 3.2.2 分布式协作检测模型
• 3.2.3 集中式与分布式检测模型的比较
• 3.3 协作感知的数据融合技术研究
• 3.3.1 基本协作感知数据融合算法
• 3.3.2 AND准则的仿真分析
• 3.3.3 OR准则的仿真分析
• 3.4 基于Chair-Varshney准则的协作感知数据融合
• 3.4.1 算法的理论分析
• 3.4.2 算法的性能参数推导
• 3.5 Chair-Varshney算法仿真及性能分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于分簇的协作感知技术研究
• 4.1 分簇技术的引入
• 4.2 基于分簇的协作频谱感知系统设计
• 4.2.1 分簇频谱感知系统网络结构
• 4.2.2 分簇检测的流程设计
• 4.3 基于分簇的协作频谱感知性能研究
• 4.4 分簇算法仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位发表论文和参加科研情况