基于认知无线电网络的频谱合作检测技术

论文摘要

现有的频谱资源日渐紧张,利用情况极不合理,类似于医学、工业、科研开发的ISM频段等非授权频段非常拥挤,而授权频段却利用率不高甚至很低。为了解决频谱资源的紧张和利用率低下之间的矛盾,提出了认知无线电的概念。认知无线电被认为是一种提高频谱资源利用的解决方法,即不改变现有频谱分配方式,通过感知的手段寻找可以利用的频谱资源进行自适应的传输,实时的自适应调整系统工作参数以达到一定的QoS要求。目前,认知无线电中的频谱检测技术主要分为三类:对授权用户发射机的检测、合作检测、基于干扰的检测。而对授权用户发射机单节点的检测方法有:匹配滤波器检测、能量检测、循环平稳特征检测。本文的主要研究内容是利用合作检测的方法对认知无线电中授权用户发射机信号进行检测。在讲述了认知无线电技术的发展现状及认知无线电系统中的频谱检测技术之后,讨论了信道环境模型并描述了常见的认知无线电系统合作检测模型,并在设定的信道环境下用合作检测的方法进行了仿真。由仿真结果发现了合作用户数目与检测概率之间的关系,得出“合作用户越多不代表检测概率越高”的结论。由这一结论提出了部分融合和最佳融合两种优于传统OR准则的算法。同时,提出了有别于传统的集中式和分布式系统模型的树形检测模型,对树形检测模型进行了分析与仿真,得出树形模型优于传统的集中式模型的结论。这一模型能够有效的提高检测效率。同时,树形模型可以克服区域覆盖范围大小的问题,原理上只要设备性能能够稳定运行,就能在很大范围内完成覆盖,并且,只有两种设备,组网过程自由,方便。这都说明树形模型具有很好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 认知无线电频谱检测研究现状
• 1.4 本文研究的主要工作
• 第2章 认知无线电基础
• 2.1 认知无线电关键技术
• 2.1.1 无线信道环境
• 2.1.2 传输功率控制和动态频谱资源管理
• 2.1.3 频谱状态估计与分析
• 2.2 IEEE 802.22 相关知识
• 2.2.1. IEEE 802.22 的市场与应用
• 2.2.2. IEEE 802.22 应用框架
• 2.2.3. IEEE 802.22 系统
• 2.2.4. IEEE 802.22 的空中接口
• 2.2.5. IEEE 802.22 系统中的共存
• 2.3 认知无线电发展趋势
• 2.4 小结
• 第3章 认知无线电基本问题
• 3.1 认知无线电在空间上的权衡
• 3.1.1 静默区的限制
• 3.1.2 已知授权接收机位置
• 3.1.3 未知授权接收机位置
• 3.2 认知设备灵敏度要求
• 3.2.1 不存在遮蔽的情况
• 3.2.2 存在遮蔽的情况
• 3.3 几种常见的检测方法
• 3.3.1 能量检测
• 3.3.2 匹配滤波器检测
• 3.3.3 循环平稳特征检测
• 3.3.4 本振能量泄漏检测
• 3.3.5 几种检测方法的比较
• 3.4 合作感知
• 3.5 小结
• 第4章 认知无线电网络中频谱合作检测技术
• 4.1 合作检测的意义
• 4.2 合作检测的优势
• 4.3 相关信道路径损耗及衰落模型
• 4.3.1 自由空间传播模型
• 4.3.2. Hata 模型
• 4.3.3 针对PCS的Hata扩展模型
• 4.3.4 路径损耗模型对实际信道的模拟
• 4.3.5. Log-normal 及相关知识
• 4.3.6 瑞利衰落
• 4.4 合作探测的分类
• 4.4.1 集中式合作检测系统
• 4.4.2 分布式合作检测系统
• 4.4.3 树形认知无线电检测系统
• 4.5 合作检测中数据融合的常用算法
• 4.5.1. OR 准则
• 4.5.2.A ND准则
• 4.5.3.K 秩准则
• 4.6 能量检测在合作检测中的应用
• 4.7 部分融合与最佳融合
• 4.7.1 部分融合
• 4.7.2 最佳融合
• 4.8 小结
• 第5章 仿真结果与分析
• 5.1 部分融合仿真结果与分析
• 5.1.1 固定在网用户数目的合作检测概率
• 5.1.2 不同在网用户数目的合作检测概率
• 5.2 最佳融合仿真结果与分析
• 5.3 树形模型合作检测分析与仿真
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢