認(rèn)知無線電頻譜感知若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展,頻譜資源的稀缺已經(jīng)成為提升現(xiàn)有各種通信系統(tǒng)以及發(fā)明新型通信系統(tǒng)的瓶頸,而另一方面當(dāng)前采取的靜態(tài)的頻譜管理方式卻導(dǎo)致頻譜使用的效率非常低下。為了提高頻譜利用率,研究人員提出了認(rèn)知無線電技術(shù)。在認(rèn)知無線電系統(tǒng)中,次要用戶通過頻譜感知發(fā)掘時域、空域和頻域上的傳輸機會,然后根據(jù)環(huán)境和頻譜條件的變化,通過軟件無線電的功能迅速調(diào)整其工作參數(shù)充分利用可能出現(xiàn)的機會進行通信,從而提高頻譜的利用效率。為了使認(rèn)知無線電成功地實現(xiàn)

2、動態(tài)頻譜接入的目的,可靠的頻譜感知模塊具有舉足輕重的地位,同時也是本文研究內(nèi)容的中心,創(chuàng)新性成果如下:
　　 1.分析了認(rèn)知無線電系統(tǒng)中多徑衰落信道下,能量檢測器的魯棒性,得到了能量檢測器由微小噪聲不確定度引起的信噪比墻(SNR wall),分析與仿真結(jié)果表明多徑衰落導(dǎo)致能量檢測器具有更高的信噪比墻。當(dāng)次要用戶接收到的主要用戶信號的信噪比低于信噪比墻時,無論將檢測時間延長多久都不能實現(xiàn)魯棒的檢測,因此多徑衰落會進一步限制能量檢測

3、器在認(rèn)知無線電中的應(yīng)用。
　　 2.為了克服能量檢測器的缺陷并提高檢測效率,首先提出了一種基于序貫檢測的合作頻譜感知算法并優(yōu)化了算法所需的平均感知時間,得到了系統(tǒng)能達到的最小平均感知時間以及此時系統(tǒng)應(yīng)滿足的參數(shù)設(shè)置條件。其次,針對大尺度認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò),提出了一種高效的基于序貫概率比檢測的頻譜感知算法。該算法在認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)所有的次要用戶中選擇一組有較高接收信噪比的次要用戶對主要用戶信號進行合作檢測。理論分析和仿真結(jié)果表明該算法需

4、要較少的次要用戶參與合作頻譜感知,因此需要較少的數(shù)據(jù)傳輸開銷,因而算法也具有較高的能量效率。最后,在認(rèn)知無線電系統(tǒng)中,次要用戶可能有較高的傳輸時延要求,此時次要用戶必須在每一幀規(guī)定的感知時隙內(nèi)做出判決,然而序貫檢測所需的檢測時間是隨實際接收信號的變化而變化的隨機變量?；诖?為了在提高平均感知速度的同時避免個別情況下所需感知時間過長的情況發(fā)生,提出了一種基于截斷序貫檢測的頻譜感知算法。該算法在有限的感知時間內(nèi),能夠在滿足系統(tǒng)感知性能要求

5、的同時縮短所需的平均感知時間。
　　 3.除了感知算法的設(shè)計,在頻譜感知中感知時間的設(shè)置也是一個重要的問題。因此討論了在頻譜感知時間一定的情況下,如何將感知時間分配到多個考察頻段上使次要用戶獲得最大的通信機會。對每個頻段上主要用戶有充分保護的條件下,將感知時間分配問題建模成一個線性約束優(yōu)化問題,通過驗證目標(biāo)函數(shù)Hessian矩陣的負(fù)定性證明了感知時間分配問題是一個凸優(yōu)化問題,然后給出了基于罰函數(shù)法和牛頓法的搜索算法找到最優(yōu)的時間

6、分配并得到了最大的傳輸機會。
　　 4.在認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中,惡意用戶的存在不可避免。為了對抗惡意用戶對合作頻譜感知協(xié)議的攻擊,在建立認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)威脅模型的基礎(chǔ)上,分析了網(wǎng)絡(luò)中存在惡意用戶時合作頻譜感知算法性能的下降程度,并提出了一種基于信譽的加權(quán)合作頻譜感知算法。在該算法中,融合中心首先為網(wǎng)絡(luò)中的每個次要用戶分配一個信譽值,依據(jù)每個次要用戶的歷史檢測結(jié)果更新其信譽值,然后將信譽值映射為每個次要用戶的加權(quán)因子,最后進行加權(quán)融合及