认知无线电系统中频谱感知关键技术研究

论文摘要

认知无线电技术作为一种智能无线通信系统,能够通过感知周围环境的变化,有效地利用空闲的频谱资源,成为解决无线频谱资源匮乏以及频谱利用率低下问题的关键技术。而认知无线电中的频谱感知技术是认知无线电系统能够正常工作的前提。本文从快速、准确的检测要求出发,针对无线区域网络的频谱感知技术展开了深入研究。本文首先介绍了几种经典的频谱感知技术,并讨论了噪声方差不确定时对现有检测算法的影响。为克服噪声不确定度对频谱检测性能的影响,本文研究了认知无线电中的基于熵的频谱感知问题,将非均匀量化思想引入熵检测理论中,提出了非均匀量化谱熵的频谱检测方法。该方法将接收频谱序列进行非均匀量化,使接收信号在仅含噪声时能够最大化熵值,从而能够提高检测性能,仿真结果表明相同条件下,所提方法相比于均匀量化谱熵检测能够获得约3dB的检测性能增益;并且所提算法的门限确定不受噪声方差的影响,因此系统性能具有噪声不确定度鲁棒性,在噪声方差不确定的条件下具有比能量检测更好的检测性能。本文还针对单节点检测所遇到的衰落、隐藏终端等问题,提出了基于非均匀量化谱熵的硬判决和软判决联合检测方法。联合检测能够融合多个节点的检测信息进行综合判决,比单节点检测具有更好的检测性能。本文对各个节点在相同信噪比下和不同信噪比下的合作检测算法进行仿真分析。仿真结果表明在相同信噪比条件下“K秩”融合性能最好,在信噪比为-10dB、虚警概率为0.2的条件下比单节点检测提高50%的检测概率。而在不同信噪比条件下,软判决中的最大比合并算法给不同信噪比节点分配不同权值,能够获得最好的检测性能,仿真结果表明该算法比“K秩”融合准则算法在虚警概率0.1的条件下提高约10%的检测性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 认知无线电概述
• 1.1.1 认知无线电的产生
• 1.1.2 认知无线电定义
• 1.2 认知无线电研究进展
• 1.2.1 认知无线电在各国的研究现状
• 1.2.2 认知无线电标准化进程
• 1.3 课题研究来源及意义
• 1.4 研究成果及工作安排
• 第二章 WRAN 系统及其频谱感知的测量和管理
• 2.1 IEEE 802.22 WRAN 系统概况
• 2.1.1 IEEE 802.22 协议体系的建立
• 2.1.2 WRAN 系统部署
• 2.1.3 WRAN 系统容量与业务
• 2.2 IEEE 802.22 协议体系
• 2.2.1 802.22 协议参考模型
• 2.2.2 WRAN 物理层协议
• 2.2.3 WRAN MAC 层协议
• 2.3 WRAN 系统频谱感知管理和测量
• 2.3.1 总体感知方案和感知过程
• 2.3.2 频谱感知消息传递机制
• 第三章 认知无线电频谱感知技术
• 3.1 发射机检测
• 3.1.1 匹配滤波检测法
• 3.1.2 能量检测法
• 3.1.3 循环平稳特征检测法
• 3.2 其它频谱感知方法
• 3.2.1 基于干扰温度的检测
• 3.2.2 本振泄露检测
• 3.3 噪声不确定度对频谱感知的影响
• 3.3.1 噪声不确定度概念
• 3.3.2 噪声不确定度下能量检测性能
• 第四章 基于熵的频谱检测算法
• 4.1 信息熵理论基础
• 4.1.1 信息熵的引入
• 4.1.2 信息熵估计
• 4.2 现有的熵检测算法
• 4.2.1 时域均匀量化熵
• 4.2.2 频域均匀量化熵
• 4.3 非均匀量化谱熵检测法
• 4.3.1 算法原理及步骤
• 4.3.2 检测门限确定
• 4.3.3 仿真结果及性能分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 多节点联合检测技术
• 5.1 联合检测算法分类
• 5.2 硬判决算法
• 5.2.1 硬判决算法模型
• 5.2.2 “K 秩”融合规则
• 5.3 软判决算法
• 5.4 联合检测算法性能分析
• 5.4.1 相同信噪比下联合检测性能
• 5.4.2 不同信噪比下联合检测性能
• 5.5 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果