认知无线电中的频谱感知与干扰评估技术研究

论文摘要

认知无线电(Cognitive Radio, CR)是为提高频谱利用率而提出来的一种新无线网络设计模式。其核心思想就是允许未授权的用户以“伺机”的方式接入频谱,同时避免对授权用户造成干扰。可以看出“伺机接入”和“避免干扰”是实现认知无线电的首要关键技术问题,即频谱感知技术和干扰评估技术问题。本论文主要研究了频谱感知技术和干扰评估技术问题,研究内容可以分为三部分:首先,本论文探讨了频谱感知技术中的分类和面临的诸多挑战,包括有单节点频谱感知,多节点协同频谱感知及宽带感知问题,并研究了这些问题现有的多种算法,分析了这些算法各自的优缺点,给出了仿真性能图,这些算法的仿真性能曲线及优缺点的分析给硬件实现认知无线电作了较为详细的参考。并且针对OFDM信号的循环平稳特性提出了一种复杂度较低的周期特性检测算法。经仿真,该算法有较好的感知性能。为进一步提高现有频谱感知算法的性能,本论文第二部分提出了一种基于随机共振(Stochastic Resonance, SR)原理的频谱感知新方法,研究了随机共振系统应用于检测的基本原理,提出了单节点SR感知及多节点协同SR感知框架,将随机共振原理与认知无线电频谱感知中的经典算法结合作检测,理论分析了最优SR噪声的设定及其检测性能,并由仿真得到了其性能曲线图,由仿真图可以看出加入SR噪声之后,其检测性能会得到较大幅度的提高。由于频谱感知算法始终都会存在漏检概率,在认知无线电中,漏检情况就表示对主用户(Primary User, PU)的干扰,要避免对PU的干扰,除了寻找更好的感知算法外,再就是要定量地对这些干扰进行估计,然后将对系统的干扰限制转化为对系统的参数设计,以此来满足系统对干扰限制的要求。本论文最后一部分就研究了这方面的问题,考虑了认知用户的密度、位置、数量、传播特性、路径损耗等因素,建立了干扰评估模型,理论分析了主用户干扰总和的统计分布,最后得到了干扰分布的公式。经仿真,由该公式得到的干扰分布曲线和仿真模型得到的分布曲线比较吻合,证明了其正确性及可应用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景及意义
• 1.2.1 认知无线电研究背景
• 1.2.2 频谱感知的研究背景
• 1.2.3 干扰评估的研究背景
• 1.3 主要研究内容和贡献
• 1.4 本论文的结构安排
• 第二章 认知无线电频谱感知技术算法研究
• 2.1 引言
• 2.2 单节点频谱感知算法研究
• 2.2.1 能量检测
• 2.2.2 协方差矩阵检测
• 2.2.3 周期特性检测
• 2.2.4 仿真结果与分析
• 2.3 多节点协同频谱感知算法研究
• 2.3.1 硬合并
• 2.3.2 软合并
• 2.3.3 仿真结果与分析
• 2.4 宽带感知问题
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于随机共振原理的频谱感知技术研究
• 3.1 引言
• 3.2 随机共振系统基本原理
• 3.3 随机共振应用于信号检测
• 3.3.1 问题描述
• 3.3.2 SR 噪声的最优PDF 形式
• 3.4 随机共振应用于认知网络中的单节点频谱感知
• 3.4.1 基于SR 的能量检测
• 3.4.2 基于SR 的协方差矩阵检测
• 3.5 随机共振应用于认知网络中的多节点协同频谱感知
• 3.5.1 SR 协同感知算法理论
• 3.5.2 仿真结果
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于频谱感知的干扰评估研究
• 4.1 引言
• 4.2 系统网络模型
• 4.2.1 信道模型
• 4.2.2 干扰保护
• 4.2.3 频谱感知
• 4.2.4 网络模型
• 4.3 干扰评估的理论分析
• 4.3.1 基于RSMN 模型的干扰评估
• 4.3.2 基于TSMN 模型的干扰评估
• 4.4 仿真结果与应用分析
• 4.4.1 仿真结果
• 4.4.2 应用分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 全文总结及未来研究工作
• 5.1 全文总结
• 5.2 下一步工作建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间研究成果
• 个人简历