认知无线电中频谱检测技术的研究

论文摘要

认知无线电是一种解决频谱资源紧张,提高频谱利用率的有效技术。认知无线电作为下一代网络发展中的关键技术,自1999年首次提出以来受到越来越多的关注。能否及时发现“频谱空洞”进行动态频谱介入而不对授权用户造成通信干扰是认知无线电技术成立的前提和先决条件。频谱检测的研究对推进认知无线电的实现具有重要意义,已成为近年来研究的热点。本文围绕提高频谱检测的性能进行了研究。能量检测简单实用,成为最常用的频谱检测方式,本文对单用户能量检测进行了系统的研究。分析比较了能量检测在AWGN信道及衰落信道中不同的检测性能,以及噪声对能量检测的影响,包括信噪比对能量检测采样点数(检测时间)的影响以及噪声不确定情况下AWGN信道及Rayleigh信道中信噪比墙的问题,并给出了两种信道中信噪比墙的表达式。研究表明能量检测极易受到信噪比墙的影响,衰落信道和低信噪比情况下尤甚。说明单用户能量检测抗噪声能力有限,不适用于低信噪比的情况。合作检测能够有效的克服单用户检测的缺陷,本文主要研究了基于硬融合准则的合作检测算法。对AND准则、OR准则及“K秩”准则下的合作检测的性能进行了研究,分析对比了不同合并准则的优缺点;当本地检测信噪比相同时,对AND准则及OR准则的合作用户数量进行优化,选取合适的合并准则将获得更佳的性能;当本地检测信噪比不同时,选取高信噪比的用户参与合作将得到更优的性能。此外,本文提出了合作检测中本地用户与融合中心之间的控制信道存在误码的问题,分析表明,误码对于硬融合合作检测性能影响严重,极低的误码率都会随合作用户数的增加而放大影响。本文设计了一种简单实用的发送接收协议,理论上无论误码率多大,应用本协议都可以完全克服误码影响;即使在不存在误码的情况下,应用本协议也可以在很大程度上降低信道开销,当本地无线环境良好时,信道开销可以减少80%以上,这对于提高频谱检测性能具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 认知无线电的定义
• 1.3 认知无线电的关键技术
• 1.4 认知无线电国内外研究进展
• 1.5 论文的内容及组织结构
• 第二章 认知无线电中的频谱检测技术
• 2.1 引言
• 2.2 频谱检测模型及性能评价
• 2.2.1 检测模型
• 2.2.2 频谱检测的性能评价
• 2.3 基于发射机的检测
• 2.3.1 匹配滤波器检测方法
• 2.3.2 能量检测方法
• 2.3.3 循环平稳特性检测方法
• 2.3.4 三种经典算法的比较
• 2.4 合作频谱检测
• 2.5 本章小结
• 第三章 能量检测在认知无线电频谱检测中的应用
• 3.1 能量检测的原理及模型
• 3.2 能量检测应用于AWGN信道
• 3.3 能量检测应用于衰落信道
• 3.3.1 Rayleigh信道
• 3.3.2 Nakagami信道
• 3.3.3 Rician信道
• 3.4 实验仿真与分析
• 3.5 噪声对能量检测性能的影响
• 3.5.1 信噪比对采样点数的影响
• 3.5.2 AWGN信道中能量检测的信噪比墙
• 3.5.3 Rayleigh信道中能量检测的信噪比墙
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于硬融合的合作频谱检测
• 4.1 引言
• 4.2 硬融合算法原理
• 4.3 硬融合中的基本融合准则
• 4.3.1 AND融合准则
• 4.3.2 OR融合准则
• 4.3.3 “K秩”融合准则
• 4.3.4 实验仿真与性能分析
• 4.4 硬融合判决算法的进一步研究
• 4.4.1 相同信噪比下合作用户的优化
• 4.4.2 不同信噪比下合作用户的选取
• 4.5 本章小结
• 第五章 硬融合下一种克服误码影响的发送接收协议
• 5.1 误码对硬融合合作检测的性能影响
• 5.1.1 误码对AND准则合作检测的影响
• 5.1.2 误码对OR准则合作检测的影响
• 5.2 克服误码影响的发送接收协议
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文目录