認知無線電協(xié)作頻譜感知性能提升方法研究.pdf

1、認知無線電（Cognitive radio, CR）可以較好地解決頻譜資源匱乏和授權(quán)頻段利用率低下的矛盾，成為一種最具有應用前景的動態(tài)頻譜接入技術(shù)。其核心思想就是在不干擾授權(quán)用戶通信的前提下與之共享頻譜資源，這就決定了CR的首要任務就是檢測所處無線環(huán)境的空閑頻段，即頻譜感知技術(shù)。頻譜感知的本質(zhì)是在含有噪聲的情況下確定授權(quán)用戶信號是否存在。通常，CR系統(tǒng)對授權(quán)用戶信號以及地理位置等信息一無所知，授權(quán)用戶可能要求CR系統(tǒng)具有更好的頻譜感知性

2、能才允許其與之共享頻段，這些因素使得傳統(tǒng)的頻譜感知技術(shù)難以直接應用于CR系統(tǒng)。
　　 協(xié)作頻譜感知通過處于不同地理位置的多個節(jié)點協(xié)作，獲得空間分集的感知信源，可明顯提升感知性能，成為一種最具有應用前景的感知方法。論文重點研究了CR系統(tǒng)中的協(xié)作頻譜感知技術(shù)，為了提高感知性能，分別對協(xié)作頻譜感知技術(shù)中的信號處理、傳輸以及融合中的一些重要問題進行了研究。論文的主要工作如下：
　　 （1）在分析能量檢測算法與信號功率譜密度函數(shù)關

3、系的基礎上，提出了一種基于信號相關性的檢測算法。根據(jù)信號相關性對功率譜密度函數(shù)的影響，采用中心頻率分量作為觀測統(tǒng)計量，以提高對具有一定相關性的授權(quán)用戶信號的檢測性能。同時針對該算法在信號完全不相關時的不足，提出了一種自適應頻譜感知模型，在幾乎不增加算法復雜度的基礎上，估算接收信號的相關性，并自適應地選擇合適的檢測算法。
　　 （2）考慮到不同認知節(jié)點感知性能不同，論文在分析了協(xié)作頻譜感知性能和參與協(xié)作的單個節(jié)點感知性能之間關系的

4、基礎上，提出了一種基于認知節(jié)點個體特征的協(xié)作節(jié)點選擇策略，將在有限時間內(nèi)的協(xié)作感知性能優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為典型的0-1非線性規(guī)劃問題，采用粒子群優(yōu)化算法求解該問題，獲得協(xié)作節(jié)點選擇最優(yōu)解。根據(jù)系統(tǒng)的需求不同，論文考慮了兩種不同的優(yōu)化目標：最優(yōu)感知性能（最小感知貝葉斯風險）和最大CR系統(tǒng)吞吐量。分析和仿真結(jié)果顯示，在不同的應用場景中，通過選擇合適的認知節(jié)點參與協(xié)作，可獲得較全部節(jié)點參與協(xié)作時更小的貝葉斯檢測風險或更大的CR系統(tǒng)吞吐量。
　

5、　 （3）在異構(gòu)的網(wǎng)絡環(huán)境中，認知節(jié)點的移動會導致接收信號強度和噪聲功率發(fā)生變化，這使得采用固定門限參數(shù)的頻譜感知策略無法保證在任何時候均工作于最優(yōu)感知狀態(tài)。為了解決這一問題，論文提出了一種自適應門限參數(shù)的協(xié)作頻譜感知策略。該算法無需授權(quán)用戶信號、感知信道以及噪聲的任何先驗知識，協(xié)作節(jié)點根據(jù)自身歷史感知性能，自適應調(diào)節(jié)門限參數(shù)，數(shù)據(jù)融合中心采用最優(yōu)數(shù)據(jù)融合算法獲得最優(yōu)感知性能。
　　 （4）與簡單的非協(xié)作感知算法相比，協(xié)作頻譜