基于頻譜感知的動態(tài)頻譜管理研究.pdf

1、隨著無線通信業(yè)務(wù)需求的快速增長，對適用于無線通信的無線頻譜資源的需求也相應(yīng)增長，從而導(dǎo)致頻譜資源日益緊缺。然而現(xiàn)有的無線通信系統(tǒng)所采用的靜態(tài)頻譜分配機(jī)制卻導(dǎo)致頻譜資源浪費(fèi)，使得頻譜利用率低。動態(tài)頻譜共享突破固定頻譜分配的模式，提高頻譜效率，是解決頻譜緊缺和頻譜浪費(fèi)之間的矛盾的有效手段。認(rèn)知無線電利用空閑的授權(quán)頻譜，是實(shí)現(xiàn)動態(tài)頻譜共享的關(guān)鍵技術(shù)之一。同時(shí)應(yīng)用頻譜感知也給頻譜管理帶來了新的挑戰(zhàn)。
　　頻譜感知作為認(rèn)知無線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)的前

2、提，密切關(guān)聯(lián)到后續(xù)的頻譜管理。認(rèn)知無線電頻譜管理的各個(gè)方面，包括頻譜感知、頻譜決策、頻譜共享和頻譜切換，在已有的研究中一般是解耦進(jìn)行研究的，對彼此間的相互影響考慮較少，沒有充分挖掘這種影響可以帶來的收益。如何在非理想的頻譜感知的前提下更有效地進(jìn)行頻譜管理，如何結(jié)合頻譜管理的其他方面對頻譜感知進(jìn)行改進(jìn)，還有廣闊的研究空間。
　　作為對上述問題的探討，本文以分簇認(rèn)知無線電系統(tǒng)為應(yīng)用場景，對基于頻譜感知的動態(tài)頻譜管理展開討論，以期避免對

3、授權(quán)用戶的干擾同時(shí)保證認(rèn)知用戶的服務(wù)質(zhì)量。本文的主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　論文探討頻譜感知的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)認(rèn)知無線電的寬頻帶頻譜感知能力。針對分簇認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，提出壓縮頻譜感知算法，通過將壓縮采樣技術(shù)用于頻譜感知，有利于在寬頻帶上實(shí)現(xiàn)頻譜感知。并給出了兩個(gè)應(yīng)用實(shí)例，探討壓縮頻譜感知與頻譜分配進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)的可能。
　　將頻譜感知代價(jià)引入頻譜決策的衡量標(biāo)準(zhǔn)，定義了頻譜感知代價(jià)函數(shù)，檢測成本決定于檢測錯(cuò)誤、能量帶寬開銷、時(shí)延多

4、個(gè)因素。將頻譜感知代價(jià)作為頻譜決策的一個(gè)指標(biāo)指導(dǎo)頻譜感知行為，以最小化頻譜感知代價(jià)為目標(biāo)，提出了序列式協(xié)作頻譜感知算法。該算法采用序列檢測作為處理檢測的能量帶寬開銷與檢測準(zhǔn)確性之間的折中的有效手段，力圖只采集和傳輸必要的樣本，明顯降低樣本數(shù)量以及相應(yīng)的采集傳輸代價(jià)。為了獲得空間分集增益，并考慮到多個(gè)次用戶能量消耗的公平性，在序列檢測過程中每次同時(shí)激活多個(gè)次用戶進(jìn)行采樣，對于設(shè)備能量受限的網(wǎng)絡(luò)這一點(diǎn)尤為重要。為了控制序列采樣機(jī)制增加的檢測

5、時(shí)延，提出條件均值激活及采樣算法用于次用戶激活及采樣機(jī)制，通過選擇各時(shí)刻激活的次用戶個(gè)數(shù)來控制能量帶寬開銷和時(shí)延的折中。該算法通過理論分析得出可簡單應(yīng)用的結(jié)果，對一般性的信號檢測場景具有一定的應(yīng)用價(jià)值。
　　對頻譜感知與頻譜切換聯(lián)合設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。將隱馬爾科夫模型用于信道狀態(tài)預(yù)測，考慮不完美的頻譜感知的影響。將頻譜感知性能參數(shù)（即虛警概率和漏警概率）引入隱馬爾科夫模型的要素，增加信道狀態(tài)預(yù)測的準(zhǔn)確性。同肘考慮頻譜切換性能對頻譜感知