認知無線電中多用戶協(xié)作頻譜感知技術研究.pdf

1、無線頻譜是無線通信系統(tǒng)中寶貴的、不可再生的資源。目前各個國家基本上采取靜態(tài)的頻譜分配政策，且可用的頻譜資源也基本上分配完畢。但是隨著無線通信的快速發(fā)展，越來越多的通信業(yè)務需要新的頻段。如此同時，一些授權頻段的頻譜利用率極低，很多頻段基本處于空閑狀態(tài)。認知無線電被認為是提高頻譜利用率的潛在技術之一。在認知無線電系統(tǒng)中，認知用戶通過頻譜感知實時檢測頻譜空洞并伺機接入該頻段。頻譜感知技術主要分為獨立感知和協(xié)作感知兩種方式。協(xié)作感知能有效地克服

2、獨立感知中存在的陰影、衰落和隱藏終端等問題，通過硬合并或軟合并方式來融合各認知用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)，以對主用戶是否存在做出綜合判決。針對協(xié)作頻譜感知技術的研究，本文主要工作和創(chuàng)新點如下：
　?。?）研究了能量檢測（Energy Detection，ED）法的感知性能，考慮到循環(huán)平穩(wěn)特征檢測（Cyclostationary Feature Detection，CFD）的特點，對ED算法進行改進，提出了基于能量的ED-CFD雙門限協(xié)作感知算

3、法，推導了算法的檢測概率和虛警概率的閉合表達式。該算法中，當信號能量位于兩個門限之外時，由認知用戶直接進行ED檢測并發(fā)送決結果至數(shù)據(jù)融合中心（Fusion Center，F(xiàn)C）， FC再采用OR規(guī)則進行硬合并；僅當能量處于中間區(qū)域時才發(fā)送觀測信號至FC，并由FC采用CFD算法進行二次軟判決。仿真表明ED-CFD雙門限協(xié)作感知算法檢測性能優(yōu)于ED協(xié)作方式，在能量不確定性概率較大時也優(yōu)于CFD協(xié)作方式，但網絡開銷較CFD方式有很大下降。

4、r>　?。?）在認知無線電網絡（Cognitive Radio Network，CRN）中，當參與協(xié)作的認知用戶離主用戶的距離相近時其感知結果相似，為了減少網絡開銷，不需要每個認知用戶都向FC報告檢測結果。同時，由于認知用戶和主用戶之間的距離不同，報告的可信度也不一樣。針對此研究提出了一種基于能量的分簇加權協(xié)作感知算法。該算法首先假定認知用戶已經利用無線傳感器網絡的某種分簇算法進行了分簇，簇內認知用戶各自利用ED算法完成本地判決，并發(fā)送

5、判決結果給簇頭，由簇頭代表本簇做出簇內決策并發(fā)給FC，F(xiàn)C對各簇頭發(fā)送的簇內決策進行距離加權并做出最終判決。仿真表明該算法既能取得較高的檢測概率，也能取得較低的虛警概率，是一種全局較優(yōu)的感知算法。
　?。?）研究提出了一種利用接收信號協(xié)方差矩陣最大最小特征值合并（Combination of Maximum-Mimimum Eigenvalue，CMME）的協(xié)作盲感知算法，該算法將λmaxλmin/(λmax+λmin)作為判決統(tǒng)

6、計量來檢測主用戶信號，同其它同類算法相比，CMME算法檢測概率有較大提高。但CMME算法需要所有認知用戶都發(fā)送觀測數(shù)據(jù)至FC，網絡開銷較大，考慮到帶寬受限和ED算法特點，將CMME算法進行改進，設計了ED-CMME單門限協(xié)作感知算法，該算法僅當所有認知用戶的能量都低于判決門限時才采用CMME方式進行二次檢測，較CMME算法減少了網絡開銷。但實際中，只要判決門限設置合理，若所有認知用戶的判決結果都為零，則主用戶信號有可能確實不存在，此時無

7、需進行二次判決，據(jù)此提出了ED-CMME雙門限協(xié)作感知算法。該算法中設定了兩個判決門限，僅當部分認知用戶能量位于中間區(qū)域且FC無法做出判決時才需要進行CMME檢測。ED-CMME雙門限協(xié)作感知算法與所提的CMME和ED-CMME單門限感知方式相比，網絡開銷進一步下降。同時，當信號能量不確定性概率較大時其檢測性能也比這兩種方式更好。
　　（4）研究了中國移動多媒體廣播（China Mobile Multimedia Broadcas

8、ting， CMMB）信號的頻譜感知技術。首先將本文提出的幾種頻譜感知算法應用于CMMB信號檢測中，結果表明所提算法均可有效的檢測出主用戶信號。接著根據(jù)CMMB信號特點，研究提出了一種基于數(shù)據(jù)平滑的離散導頻檢測算法。該算法首先利用一階滯后濾波器對接收數(shù)據(jù)進行平滑處理，再將特定時延處的循環(huán)自相關（Cyclic Autocorrelation Function，CAF）函數(shù)作為判決統(tǒng)計量。該算法較基于二階或高階累積形式的CFD算法復雜度大大