低传输开销的认知无线电联合频谱感知

论文摘要

认知无线电技术是解决频谱资源紧张的有效手段。它的核心思想是二次利用已分配但却未获得充分利用的频谱,从而提高频谱利用率。避免干扰主用户的正常通信是认知无线电最重要的限制,而频谱感知则是保障这一目标的关键技术。为了解决隐藏终端和阴影衰落问题并提高频谱感知的性能,认知无线电网络中的大量节点可以被用来进行联合频谱感知。本文的主要研究方向为联合频谱感知技术。首先介绍了匹配滤波器检测、能量检测和循环平稳特性检测等几种单节点本地判决方法。在这一章里,我们对这几种方法进行了比较并给出其优缺点。其次介绍了一种硬判决检测方法,即“K”秩法。在这一部分,本文对“K”秩法的性能进行了推导和仿真,仿真结果表明在认知无线电要求的环境下,“或”逻辑检测是“K”秩法中性能最好的数据融合方法。在此基础上给出了一种低传输开销的硬判决法并通过仿真得到其性能。在这种方法中二级用户节点在进行频谱感知时放弃携带信息量较少的感知信息,并将携带信息量较多的感知信息进行判断并发往数据融合中心。仿真结果表明在兼顾认知无线电频谱感知性能的前提下,该方法能够有效降低传输开销。针对认知无线电用户合作频谱感知中联合检测性能的提高与传输开销受限的矛盾,引入软判决检测的方法进行联合检测并利用仿真的方法对其与似然比检测器和“K”秩法检测器性能进行比较。结果表明,对观测向量2~3比特量化即可使检测器性能接近似然比检测器。在此基础上针对认知无线电用户合作频谱感知中联合检测性能的提高与控制信道带宽受限的矛盾,提出了低传输开销的软判决检测法。该方法放弃携带信息量较少的感知信息,并将携带信息量较多的感知信息量化后传送,在兼顾认知无线电频谱感知性能的前提下,有效降低了控制信道开销。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪 论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景、现状及意义
• 1.2.1 认知无线电的研究现状
• 1.2.2 频谱感知的研究现状
• 1.2.3 本文的研究背景
• 1.3 主要研究内容和贡献
• 1.4 本文结构安排
• 第2章 联合频谱感知基础
• 2.1 引言
• 2.2 单节点频谱感知算法
• 2.2.1 匹配滤波器检测
• 2.2.2 能量检测器
• 2.2.3 循环平稳特征检测
• 2.3 单节点频谱感知的局限性
• 2.3.1 隐藏终端和阴影衰落问题
• 2.3.2 感知的灵敏度
• 2.4 本章小结
• 第3章 联合检测中的硬判决法
• 3.1 引言
• 3.2 联合检测的性能上限
• 3.3 本地检测方法
• 3.3.1 本地似然比检测
• 3.3.2 本地直接判决
• 3.4 数据融合算法
• 3.5 “K”秩法的性能
• 3.6 本章小结
• 第4章 低传输开销的硬判决检测
• 4.1 引言
• 4.2 判决方法
• 4.3 性能分析
• 4.3.1 系统的感知性能
• 4.3.2 用于感知的传输开销
• 4.3.3 数据融合中心无法做出判决的概率
• 4.4 仿真实验
• 4.5 本章小结
• 第5章 联合检测中的软判决法
• 5.1 引言
• 5.2 量化
• 5.3 数据融合
• 5.3.1 最优数据融合
• 5.3.2 线性数据融合
• 5.4 感知性能
• 5.5 本章小结
• 第6章 低传输开销的软判决检测
• 6.1 引言
• 6.2 系统模型和检测方法
• 6.2.1 系统模型
• 6.2.2 检测方法
• 6.3 性能分析
• 6.3.1 系统的感知性能
• 6.3.2 用于感知的传输开销
• 6.3.3 数据融合中心无法做出判决的概率
• 6.4 仿真实验
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢