认知无线电协作频谱感知技术研究

论文摘要

认知无线电能够动态地利用暂时空闲的频谱资源,在不对授权用户造成干扰的前提下实现与非授权用户的频谱共享,有效提高频谱利用率。如何及时准确地检测到授权用户的存在是认知无线电的首要工作,作为解决这一问题的频谱感知技术是决定认知无线电能否实现的关键技术之一。协作频谱感知是频谱感知技术中的研究热点。本文针对认知无线电系统中的协作频谱感知技术进行研究,主要内容包括:1.总结了现有的频谱感知技术,作为论文的理论基础。分析了单用户频谱感知和协作频谱感知,并进行了仿真分析。2.给出一种最小化误检概率的感知用户数目优化算法。针对能量检测的不同判决门限,推导了使修正后的误检概率达到最小的最优感知用户数目,进而选取最优感知用户数目进行协作频谱感知。与使用传统“K”秩准则的算法相比,该算法显著降低了误检概率。针对能量检测中的噪声不确定性问题,通过根据噪声不确定性设置的双门限与软合并中的等增益合并相结合,给出一种已知噪声不确定性的双门限协作频谱感知算法,在一定程度上减小了噪声不确定性对检测性能的影响。与已有算法相比,在噪声不确定性相同的情况下,该算法性能较优。针对非理想控制信道的情况,给出一种基于选择分簇的协作频谱感知算法。与已有分簇算法不同的是,针对每个簇的簇头发送检测结果时所经历的控制信道衰落不同的情况,根据信任规则使融合中心选择一部分符合条件的簇参与最终决策,进一步降低了非理想控制信道对检测结果发送时造成的影响。仿真结果表明,与已有分簇算法相比,该算法提高了检测性能。3.给出了一种最大化感知效率的协作频谱感知的参数优化算法。对于单授权信道,定义了优化目标及其约束条件,推导了感知参数的优化过程。仿真结果表明,存在一组最优的感知参数,在满足干扰受限的条件下使感知效率达到最大。在此基础上,对于多授权信道提出了一种感知信道序列选择分配方法,其目标为在一定的约束条件下使系统感知效用达到最大。仿真结果验证了该方法的有效性。4.在TMS320C6455芯片上对基于选择分簇的协作频谱感知算法进行了实现验证,通过一系列措施对程序进行优化,给出了算法的测试结果并进行了运算量分析。

论文目录

• 表目录
• 图目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 认知无线电系统
• 1.2.2 频谱感知技术
• 1.3 论文主要工作
• 1.4 论文结构安排
• 第二章 认知无线电频谱感知技术分析
• 2.1 引言
• 2.2 单用户频谱感知
• 2.2.1 主用户发射端检测
• 2.2.2 主用户接收端检测
• 2.2.3 单用户频谱感知技术比较
• 2.3 协作频谱感知
• 2.3.1 协作频谱感知系统结构
• 2.3.2 协作频谱感知的数据融合准则
• 2.3.3 性能分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 认知无线电中的协作频谱感知
• 3.1 引言
• 3.2 一种最小化误检概率的协作感知用户数目优化算法
• 3.2.1 系统建模
• 3.2.2 算法描述
• 3.2.3 性能分析
• 3.3 一种已知噪声不确定性的双门限协作频谱感知算法
• 3.3.1 系统建模
• 3.3.2 双门限设置
• 3.3.3 算法推导
• 3.3.4 性能分析
• 3.4 基于选择分簇的协作频谱感知算法
• 3.4.1 现有分簇算法分析
• 3.4.2 系统建模
• 3.4.3 算法思想
• 3.4.4 数据融合准则的选择
• 3.4.5 算法流程
• 3.4.6 性能分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 最大化感知效率的协作频谱感知的参数优化
• 4.1 引言
• 4.2 频谱检测机制
• 4.2.1 检测模式
• 4.2.2 检测周期
• 4.2.3 检测时间
• 4.2.4 检测信道
• 4.3 最大化感知效率的协作频谱感知的参数优化算法
• 4.3.1 系统模型
• 4.3.2 单授权信道协作频谱感知的参数优化
• 4.3.3 多授权信道协作频谱感知的参数优化
• 4.3.4 性能分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 协作频谱检测算法的DSP实现
• 5.1 引言
• 5.2 DSP 芯片简介及开发环境
• 5.3 算法验证平台设计
• 5.3.1 模块实现
• 5.3.2 以太链路设计
• 5.4 算法实现流程及程序优化
• 5.4.1 算法实现流程
• 5.4.2 程序优化
• 5.5 运算量分析及测试结果
• 5.6 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢