認知無線電中頻譜感知策略的研究.pdf

1、隨著無線通信技術的高速發(fā)展，下一代無線通信網(wǎng)絡將更加復雜，且同時具有多樣性、異構(gòu)性和智能性的特點。就無線通信系統(tǒng)而言，頻譜作為非常珍貴的自然資源在過去的幾十年間一直是研究與開發(fā)工作中一個焦點。面對無線網(wǎng)絡與無線業(yè)務的爆炸式發(fā)展，傳統(tǒng)的頻譜管理策略與機制呈現(xiàn)出很多的缺點與弊端。傳統(tǒng)的頻譜管理機制不能夠?qū)︻l譜資源進行合理的分配與再利用，導致了目前非常珍貴的頻譜資源處在十分低效的利用狀態(tài)，阻礙了無線通信的發(fā)展。
　　 為了解決當前頻譜

2、利用率低的問題，認知無線電的概念一經(jīng)提出便受到了工業(yè)界與學術界的廣泛關注，被視為擁有巨大潛力的未來網(wǎng)絡關鍵技術。認知無線電的基本思想是：通過機會地接入空閑頻譜資源來提高頻譜利用率，采用先進的通信手段提高頻譜的利用效率。認知無線電概念中的頻譜接入機會或者空閑頻譜資源是通過頻譜感知獲得的?？梢?，頻譜感知在認知無線電中起著非常關鍵的作用。本文從多個角度對認知無線電中的頻譜感知策略進行了研究。一方面、為單用戶頻譜感知設計了感知開銷控制策略；另一

3、方面、為多用戶協(xié)作感知設計了低開銷、低復雜度的協(xié)作策略與數(shù)據(jù)融合規(guī)則。本文所取得的成果簡述如下：
　　 1.為了改善傳統(tǒng)的基于單閾值判決感知策略感知開銷大的問題，本文首次為頻譜感知引入了多閾值檢測技術，通過動態(tài)調(diào)整感知時隙的長度降低由頻譜感知引入的開銷。通過理論分析，證明了所提出的感知策略在幾乎沒有增加操作復雜度的情況下能夠明顯改善次級用戶的頻譜利用率。
　　 2.傳統(tǒng)的頻譜復用機制認為頻譜空洞(spectrum spa

4、ce)只存在“黑”(頻譜不可用)、“白”(頻譜可用)這兩種狀態(tài)，而最新的研究指出頻譜空洞(spectrum space)存在具有“灰度(grey)”的情況。本文首次針對“灰色”頻譜空洞，設計了相應的感知策略。通過對頻譜感知時隙和感知周期進行合理地調(diào)度，使次級用戶能夠充分利用“灰洞”來提高頻譜利用率。
　　 通過理論分析與優(yōu)化，本文提出了感知策略的優(yōu)化算法，使次級用戶能夠高效地獲得最佳的感知策略配置，工作在最佳工作狀態(tài)。
　

5、　 3.為了降低協(xié)作感知的開銷，提出了擁有最小開銷的協(xié)作感知策略。在此策略中，每個協(xié)作用戶僅需向數(shù)據(jù)融合中心匯報“1”比特的感知信息，且數(shù)據(jù)融合中心不需要像傳統(tǒng)策略那樣下發(fā)感知配置。針對所提出的策略，研究出滿足不同感知性能約束與感知目標的低復雜度決策融合算法。
　　 4.為了改善基于決策融合算法的協(xié)作感知性能，研究了基于多比特數(shù)據(jù)融合的協(xié)作感知策略。文獻顯示目前未有有效的方法對多比特數(shù)據(jù)融合的性能進行估計，使多比特數(shù)據(jù)融合下的

6、感知性能不能被有效地優(yōu)化。給協(xié)作感知策略的設計造成了障礙，所以目前其相關工作較少。本文利用經(jīng)典的量化理論，從信號量化角度研究出一套能夠?qū)Χ啾忍財?shù)據(jù)融合下感知性能進行有效估計的方法，使協(xié)作頻譜感知的虛警概率和檢測概率能夠以閉式表達式形式給出，為多比特數(shù)據(jù)融合的感知策略設計提供了有力的理論支撐。此外，針對一些經(jīng)典量化方案，還設計了相應的優(yōu)化方法。
　　 5.第四章介紹了由我們所發(fā)現(xiàn)的空間虛警問題?？臻g虛警是認知無線電感知中的特有問題