认知无线电系统频谱检测和频谱分配技术研究

论文摘要

认知无线电(Cognitive Radio, CR)是一种革命性智能频谱共享技术,可显著提高频谱使用率。认知无线电系统遵循这样的机制,认知用户通过检测主用户是否在使用授权频段来决定是否占有使用该频段。由此可见,频谱检测技术是认知无线电系统的首要技术,检测结果的准确性会直接影响主用户的通信质量和空闲频谱的利用率。现在的频谱检测技术中,单节点检测结果取决于认知用户和主用户之间的信道状况,检测结果不够可靠。协同频谱检测算法综合分布在服务区域的各个单节点的检测结果,可以消除个别“坏点”的影响,提高检测的可靠性。进行数据融合时,由于每个单节点的可靠性计算或估计都需要增加额外的时间,导致算法开销比较大,可能会无法满足实际认知无线电检测系统对主用户检测时间的要求,尤其是在独立的单用户检测结果的可靠性经常变化的情况下。这些系统包括认知用户移动或主用户可能会出现在任意位置的认知无线电系统。本文提出基于一种似然比判决的协同频谱检测算法用于多用户认知无线电系统的主用户检测。该算法特别考虑了主用户和多个认知用户之间不同的信道衰落和路径衰减,并根据最优的似然比判决法则组建数学模型,保证了检测算法的高度精确性。随后,本文对相关参数进行了合理的简化,降低了算法的复杂性。实验表明,这种算法拥有非常高的检测精度,复杂度也不高,能够更加有效的服务于实际的认知无线电系统。在研究频谱检测技术之后,本文还对如何将这些检测出来的频谱加以合理利用的技术——频谱分配技术进行了研究。本文提出一种基于遗传算法的频谱分配策略,能够实现快速的最大效益分配。本课题属于基础理论研究,旨在针对现有认知无线电频谱检测和频谱分配技术存在的不足,即现有的频谱检测算法精度不够高、速度不够快的缺陷,提出一种考虑路径衰减和信道衰落影响的似然比判决模型,并针对频谱检测出的空闲频谱,提出一种基于遗传算法的频谱分配策略,能够实现效益最大的频谱分配。总结本文的工作主要有以下几个方面：1.归纳总结了认知无线电系统频谱检测算法、频谱分配算法及遗传算法的国内外研究现状；分析了目前的频谱检测和频谱分配算法的缺点。2.针对现有频谱检测技术无法有效平衡检测精度和检测时间的缺陷,提出了一种“考虑路径衰减和信道衰落影响的似然比判决模型”,考虑了影响频谱检测精度的主要因素,并对数学模型进行了合理的简化,能够实现准确快速的频谱检测。3.提出一种“基于遗传算法的频谱分配策略”,能够实现快速效益最大的频谱分配,是一次理论上有意义的尝试。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的研究背景和意义
• 1.2 课题研究现状
• 1.2.1 单节点检测技术的研究现状
• 1.2.2 协同频谱检测技术的研究现状
• 1.2.3 频谱分配技术的研究现状
• 1.2.4 遗传算法国内外研究现状
• 1.3 课题研究内容及论文安排
• 第2章 认知无线电的单节点检测技术
• 2.1 引言
• 2.2 匹配滤波法
• 2.3 能量检测法
• 2.4 循环平稳检测法
• 2.4.1 循环平稳信号的概念
• 2.4.2 循环平稳检测的原理
• 2.4.3 循环平稳检测法的实验仿真
• 2.5 本章小结
• 第3章 认知无线电的协同频谱检测技术
• 3.1 引言
• 3.2 硬合并准则
• 3.2.1 与准则
• 3.2.2 或准则
• 3.2.3 K秩准则
• 3.3 软合并法则
• 3.3.1 分区算法
• 3.3.2 线性加权算法
• 3.3.3 似然比判决法
• 3.4 协同频谱检测实验仿真
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于似然比判决的协同频谱检测及仿真
• 4.1 理论框架论述
• 4.2 基于似然比判决的理想数学模型
• 4.3 基于似然比判决的完全数学模型及其简化
• 4.4 基于似然比判决模型的实验仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于遗传算法动态频谱分配算法及仿真
• 5.1 遗传算法的基本原理
• 5.1.1 选择算子
• 5.1.2 交叉算子
• 5.1.3 变异算子
• 5.2 认知无线电频谱分配模型
• 5.3 基于遗传算法的频谱分配及仿真
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢