认知无线电中协作检测的仿真与分析

论文摘要

认知无线电(Cognitive Radio, CR)是为了解决频谱资源匮乏的问题而提出的,其基本思路就是尽量提高现有频谱的利用率。认知无线电是一种智能的无线通信系统,它能够认知周围环境,并能够通过一定的方法相应地改变某些工作参数来实时地适应环境,从而达到提高频谱利用率、缓解频谱资源紧张的目的。在认知无线电中,频谱检测是必不可少的一部分,甚至可以说频谱检测是CR最核心的技术。频谱检测的任务就是查找适合认知无线电业务的白空,或者对具体频段在黑空(或灰空)和白空之间的转变进行检测。虽然现已有对各种发射机检测方法的深入研究,但是由于实际环境中的遮蔽和衰减,令发射机检测有不可避免的缺点。为了避免由于这些缺点而带来的对原始用户的干扰,本文主要研究一个原始用户与一组认知用户的频谱共享。本文从最简单且普遍适用的协作方式入手,通过仿真验证在瑞利衰减的环境中,当发射机检测不能够分辨信号经过深度衰减或原始用户不存在时,协作检测能够提高检测性能。考虑到认知用户需要连续不断的进行频谱检测,以使对原始用户的干扰降低到最小,但如果认知用户将检测到所有关于原始用户的信息都发送给与之协作的用户,那么认知用户之间传输的数据量将不可估量,因此,本文提出了双门限能量检测法,同时将检测结果进行1比特量化,这样在减小量化引入的噪声的同时,又减少了需传输的数据量,而这样的改进又是以损失极小的系统性能为代价的。在对普遍适用的协作性能进行仿真分析之后,本文针对具体的协作机制,建立了TDMA协作协议模型,提出非协作和完全协作两种方式,根据CR实际应用环境的需求加入功率限制因子。从两用户单频带到多用户单频带,在提出精确条件的基础上,利用完全协作网络固有的非对称性,从检测概率和灵敏度两个最重要的系统性能参数角度,论证了在多用户网络中协作机制优势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与来源
• 1.2 认知无线电技术的国内外发展现状
• 1.2.1 国际上认知无线电技术的发展概况
• 1.2.2 我国认知无线电技术的研究情况
• 1.3 基于认知无线电的802.22 标准
• 1.4 课题的目的与意义
• 1.5 本文主要研究内容与结构安排
• 第2章 认知无线电的频谱检测基本理论
• 2.1 认知无线电简介
• 2.1.1 认知无线电的功能及用途
• 2.1.2 认知无线电的关键技术
• 2.2 频谱检测技术相关理论
• 2.2.1 干扰温度
• 2.2.2 干扰温度和频谱空穴的关系
• 2.3 几种频谱检测方法的研究与比较
• 2.3.1 能量检测法
• 2.3.2 匹配滤波器法
• 2.3.3 循环平稳特性检测法
• 2.3.4 频谱空穴检测的其它方法
• 2.3.5 几种频谱检测方法的比较与改进
• 2.4 协作检测的必要性
• 2.5 本章小结
• 第3章 协作检测提高检测概率
• 3.1 衰减环境中的频谱检测
• 3.1.1 衰减环境中的本地频谱检测
• 3.1.2 衰减环境中的协作检测
• 3.2 带宽受限情况下的协作检测
• 3.2.1 系统模型
• 3.2.2 协作频谱检测性能分析
• 3.2.3 仿真结果
• 3.3 本章小结
• 第4章 协作检测技术提高灵敏度
• 4.1 两用户协作算法及仿真结果
• 4.1.1 信道模型
• 4.1.2 功率受限的协作方案
• 4.1.3 协作检测提高检测概率
• 4.1.4 协作机制下两认知用户网络的灵敏度增益
• 4.2 多用户协作检测性能分析
• 4.2.1 多用户协作系统
• 4.2.2 协作匹配算法
• 4.2.3 应用举例
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢