认知无线电中频谱感知技术的研究

论文摘要

随着对高速数据传输要求的不断增加,高效的使用现有的频谱资源已成为无线通信所面临的一个重大挑战。目前,由于通信用户的增多和频谱分配政策的不合理,使频谱资源变得越来越紧缺。认知无线电(Cognitive Radio,CR)技术的提出为此提供了一种有效的解决办法。认知无线电系统中,通过频谱感知技术来有效的检测频谱的占用情况,进而伺机的使用空闲频段,以达到提高频谱的利用率。因此,空闲频谱的检测技术是认知无线电中必不可少的技术之一,是认知无线电系统得以实现的前提和基础。本文就认知无线电技术中的频谱感知技术展开研究。论文首先介绍了课题研究的背景意义和研究现状,以及认知无线电技术中的特点和关键技术。接着介绍了频谱感知算法的分类、原理、适用范围及优缺点。随后就基于干扰温度机制的合作式频谱感知算法展开了深入的研究。本文通过对基于干扰温度机制的局部多窗口谱估计联合奇异值分解(Local MTM_SVD)算法的研究,针对算法存在的不足提出了一种改进的频谱感知算法。改进算法首先考虑基于干扰温度机制的检测算法中需要对授权用户位置进行准确定位,提出了采用多重信号分类(MUSIC)算法对干扰源信号的DOA进行估计,并计算出干扰源的位置坐标和距离,进一步确定MTM SVD算法中构建的空时复值矩阵的权值系数。同时,原算法中使用了近最优的MTM法进行功率谱密度估计,但同时使用了运算量很大的奇异值分解,且算法中奇异值分解要在每个感兴趣的频点进行,这就使得原算法的运算量很大,难以满足算法对实时性的要求,故改进算法中提出了采用运算量较小的矩阵F范数来代替原算法中的奇异值分解。最后对改进算法的性能进行了比较分析,理论和仿真分析都表明,所提出的改进算法不但能对授权用户进行准确定位,大大提高了算法的实时性,还保留了原有算法好的检测性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 认知无线电的特点和关键技术
• 1.3 认知无线电技术的研究现状
• 1.4 本文主要工作和内容安排
• 2 认知无线电中的频谱感知技术
• 2.1 频谱感知技术的概述
• 2.2 认知网络中频谱感知系统模型
• 2.3 认知无线电频谱感知算法
• 2.3.1 基于授权用户发射机的检测
• 2.3.2 基于授权用户接收机的检测
• 2.3.3 基于干扰温度检测
• 2.3.4 合作式检测
• 2.4 本章小结
• 3 多窗口谱估计方法及在认知网络中的应用
• 3.1 谱估计方法概述
• 3.2 多窗口谱估计法
• 3.2.1 正交离散扁球体序列
• 3.2.2 多窗口谱估计法理论
• 3.3 加权交叠分段平均算法
• 3.4 两种谱估计方法的比较
• 3.4.1 方差比较
• 3.4.2 频谱泄漏比较
• 3.4.3 仿真性能分析
• 3.4.4 多窗口谱估计法在认知无线电网络中的应用
• 3.5 本章小节
• 4 基于干扰温度机制的频谱感知算法研究
• 4.1 干扰温度估计
• 4.1.1 多窗口联合奇异值分解（MTM-SVD）算法原理
• 4.1.2 局部多窗口联合奇异值分解（Local MTM-SVD）算法原理
• 4.2 一种改进的Local MTM-SVD算法
• 4.2.1 矩阵F范数代替奇异值分解
• 4.2.2 授权用户位置的定位
• 4.2.3 权值系数的确定
• 4.3 改进后算法的实现过程
• 4.4 改进后算法的性能分析
• 4.4.1 授权用户位置的确定
• 4.4.2 减少算法的运算量
• 4.4.3 具有较高的检测性能
• 4.5 本章小结
• 5 结束语
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢