認(rèn)知無線電中空閑頻譜檢測技術(shù)的研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，目前寬帶多媒體業(yè)務(wù)已經(jīng)成為無線服務(wù)重點(diǎn)，而無線頻譜資源的匱乏已成為實(shí)現(xiàn)高性能無線服務(wù)的嚴(yán)重屏障。動態(tài)頻譜接入被認(rèn)為是解決無線頻譜資源緊張、利用率低下的有效途徑。認(rèn)知無線電技術(shù)能夠動態(tài)利用時間和空間上空閑的無線授權(quán)頻段，為新的無線應(yīng)用提供可用的頻譜資源，因此它被認(rèn)為是未來實(shí)現(xiàn)動態(tài)頻譜接入的理想載體。而空閑頻譜檢測作為認(rèn)知無線電物理層的關(guān)鍵技術(shù)之一，它是認(rèn)知無線電系統(tǒng)能夠正常工作的前提。本文從快速、準(zhǔn)確、高靈敏度

2、的檢測要求出發(fā)，對單感知用戶頻譜檢測技術(shù)、多天線頻譜檢測技術(shù)、多感知用戶合作頻譜檢測技術(shù)做了深入研究。
　　在第1章，首先對認(rèn)知無線電的頻譜檢測的特殊性進(jìn)行了討論；然后對頻譜檢測技術(shù)進(jìn)行了比較詳細(xì)的分類；并對各種頻譜檢測方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了歸納總結(jié)；此外，還對各種方法中具有代表性的文獻(xiàn)的內(nèi)容要點(diǎn)進(jìn)行了闡述。
　　在第2章，首先介紹了信號檢測的基本概念，基本準(zhǔn)則。然后為了克服能量檢測方法易受噪聲功率不確定性影響的嚴(yán)重缺點(diǎn)，提出了

3、一種基于廣義似然比準(zhǔn)則的頻譜檢測算法，該算法首先通過最大似然準(zhǔn)則分別對兩種假設(shè)下的似然函數(shù)中的未知參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，然后按照似然比檢驗(yàn)準(zhǔn)則產(chǎn)生一個與噪聲功率無關(guān)的檢測統(tǒng)計(jì)量。通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)和仿真實(shí)驗(yàn)都證明了該檢測統(tǒng)計(jì)量在任何信道條件下都具有良好的抗噪聲不確定性的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)存在噪聲不確定性時，仿真結(jié)果還表明在接收數(shù)據(jù)長度和信噪比相同的條件下，本文GLRT算法的檢測概率將明顯高于能量檢測法。
　　在第3章，首先對循環(huán)譜的基本理論、估計(jì)方法進(jìn)行

4、了闡述。然后介紹了Dandawate和Giannakis提出的循環(huán)譜統(tǒng)計(jì)量檢測算法。最后從降低循環(huán)譜檢測統(tǒng)計(jì)量構(gòu)造復(fù)雜度、如何設(shè)置判決門限、提高檢測概率的角度出發(fā)，提出了一種基于頻域平滑的循環(huán)譜統(tǒng)計(jì)量(FSCSS)頻譜檢測算法，在對檢測統(tǒng)計(jì)量的概率分布進(jìn)行了理論分析的基礎(chǔ)之上，通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)得到了高斯白噪聲信道和瑞利衰落信道下，檢測統(tǒng)計(jì)量虛警概率和檢測概率的解析表達(dá)式，并解決了判決門限的設(shè)置問題。隨后把在一個循環(huán)頻率處構(gòu)造檢測統(tǒng)計(jì)量的方法

5、推廣到在兩個循環(huán)頻率處構(gòu)造檢測統(tǒng)計(jì)量的情景中。仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明：在接收數(shù)據(jù)長度和信噪比相同的條件下，本文FSCSS算法的檢測概率將高于DG算法。
　　在第4章，由于多天線具有良好的抗衰落特性，所以可以將它與其他物理層檢測方法相結(jié)合，從而達(dá)到進(jìn)一步提高檢測性能的目的。首先將基于頻域平滑的循環(huán)譜統(tǒng)計(jì)量檢測算法與多天線技術(shù)相結(jié)合，推導(dǎo)了采用等增益合并后檢測統(tǒng)計(jì)量虛警概率的解析表達(dá)式，解決了判決門限的設(shè)置問題。然后給出了基于能量檢測的多

6、天線等增益合并法分別在兩種信道條件下，虛警概率和檢測概率的解析表達(dá)式。接下來介紹了Quan等人提出的最優(yōu)線性加權(quán)合并頻譜檢測算法，并將其應(yīng)用到多天線場景中。最后通過仿真實(shí)驗(yàn)將本文FSCSS算法的檢測性能與這兩種算法進(jìn)行了比較。仿真結(jié)果表明：在接收數(shù)據(jù)長度和信噪比相同的條件下，本文FSCSS算法的檢測概率最高。
　　另外，在第4章中還從降低循環(huán)譜算法計(jì)算量的角度出發(fā)，對基于頻域平滑的循環(huán)譜統(tǒng)計(jì)量頻譜檢測算法提出一種折衷方案；然后從使

7、感知用戶的平均吞吐量最大化的角度出發(fā)，研究了多天線下的折衷循環(huán)譜統(tǒng)計(jì)量頻譜檢測算法檢測時長的優(yōu)化問題。通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)和仿真實(shí)驗(yàn)都證明了最佳檢測時長的存在性。仿真實(shí)驗(yàn)還給出了不同天線個數(shù)和不同參數(shù)條件下吞吐量性能的對比曲線，仿真結(jié)果表明：通過增加天線個數(shù)不僅可以提高感知用戶的最大平均吞吐量，而且還縮短了最佳檢測時長。
　　在第5章，為了抵抗深度衰落、提高頻譜檢測的可靠性，提出了一種新的基于集中式判決融合的合作頻譜檢測算法。該算法從使多

8、感知用戶合作檢測概率最大化的角度出發(fā)，利用序列二次規(guī)劃法求解控制中心的優(yōu)化融合準(zhǔn)則和各感知用戶優(yōu)化判決門限。本文首先給出了合作檢測算法的數(shù)學(xué)描述。然后求解了不同信道條件下合作檢測算法中聯(lián)合判決概率的表達(dá)式。接下來分別對合作檢測算法的優(yōu)化問題、求解方法、實(shí)施步驟進(jìn)行了闡述。最后對2比特軟判決合作檢測算法和兩個感知用戶判決相關(guān)條件下合作檢測算法的優(yōu)化問題進(jìn)行了討論。仿真實(shí)驗(yàn)得到以下結(jié)果：第一，無論是從檢測概率隨信噪比變化的曲線，還是從接收機(jī)