認知無線電協(xié)同頻譜感知關鍵技術研究.pdf

1、作為提高無線頻譜利用效率的革命性技術手段，認知無線電技術從多維空間的角度實現(xiàn)了對空閑頻譜的動態(tài)使用，被認同為未來無線通信研究領域的“下一個大事件”。頻譜感知技術是認知無線電核心技術之一，是其走向實際應用的基石。
　　實時、可靠地監(jiān)測頻譜的使用狀況是頻譜感知的基本任務。單用戶頻譜感知，受無線信道傳播特性、感知時隙長度和接收機靈敏度等條件制約，性能不理想。因此，多個用戶間的協(xié)同頻譜感知，成為當前頻譜感知技術研究的熱點。
　　論文

2、圍繞認知無線電協(xié)同頻譜感知問題，從感知信息融合、非理想控制信道環(huán)境和惡意用戶環(huán)境三個方面展開研究：
　　首先，研究了協(xié)同頻譜感知中的數(shù)據(jù)融合問題，提出一種基于信任度和證據(jù)理論的協(xié)同感知信息融合方法。該方法針對現(xiàn)有融合方法(“與”、“或”邏輯合并和“K秩”合并)忽略用戶感知可靠性的缺陷，引入“信任度”參數(shù)對感知結果進行可靠性評估，同時借助證據(jù)理論將其等效為表征信道是否空閑的博弈概率，進行融合，從而可以利用到不同感知環(huán)境的空間分集，提

3、升協(xié)同感知性能。仿真實驗表明：該方法在相同感知環(huán)境和協(xié)同感知用戶數(shù)的情況下，感知性能優(yōu)于現(xiàn)有融合方法，并且在信噪比不相等的環(huán)境中，仍具備良好的感知性能，因此具有更廣適用范圍。
　　其次，研究了非理想控制信道環(huán)境中的協(xié)同感知問題：
　　(1)分析了控制信道傳輸錯誤對系統(tǒng)感知性能的影響。以“或”合并的協(xié)同感知為例，推導出控制信道非理想導致的系統(tǒng)虛警概率的下界；
　　(2)探討了該環(huán)境下最優(yōu)參與協(xié)同感知用戶數(shù)的問題。基于紐曼

4、—皮爾遜(N-P)準則，從授權/認知用戶兩個角度分別論證了最優(yōu)用戶數(shù)的存在性，并給出了具體求解方法。理論分析與仿真實驗均表明：無論以哪種用戶角度考慮，最優(yōu)協(xié)同感知用戶數(shù)都不一定等于網(wǎng)絡用戶總數(shù)，并且該用戶數(shù)與認知網(wǎng)絡的規(guī)模成正比，與控制信道傳輸錯誤概率成反比；仿真結果還表明，從認知用戶角度固定系統(tǒng)虛警概率進行的優(yōu)化設計，對控制信道傳輸錯誤更敏感。
　　最后，研究了惡意用戶環(huán)境中的安全協(xié)同感知問題：
　　(1)分析了“始終占用

5、”、“始終空閑”、“始終錯誤”和“隨機報告”四類典型惡意用戶行為對“K秩”合并的協(xié)同感知的影響，包括感知性能和最優(yōu)融合門限兩方面。研究發(fā)現(xiàn)，在惡意用戶攻擊模式和數(shù)目已知時，可以通過調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，緩解惡意行為的影響；
　　(2)針對惡意用戶攻擊模式和數(shù)目未知的情景，給出一種基于信譽度的安全協(xié)同頻譜感知方法。該方法利用各用戶的本地感知結果與全局感知結果的一致性校驗，累積用戶信譽值，并借助加權合并將惡意用戶的權值置零，確保協(xié)同感知結果的

6、安全；同時，提出信任節(jié)點輔助感知的理念，解決了現(xiàn)有安全感知方法的致命缺陷：當網(wǎng)絡初始狀態(tài)存在較多(>20％)惡意/非正常工作的用戶時，算法失效；
　　(3)針對硬判決融合的協(xié)同感知場景，設計了一種分級安全感知策略。該策略只需知道各用戶的單比特判決值，有效地降低了協(xié)同感知的信令開銷成本；通過對安全審查性能的推導，給出了最優(yōu)審查門限的計算方法和感知性能的閉合表達式；理論與仿真結果表明，該方法能在較短的安全審查期內(nèi)成功地辨識惡意用戶，且