【摘要】：近幾年,經(jīng)過眾多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有頻譜分配策略中的頻譜利用率較低。針對此問題,美國聯(lián)邦通訊委員會(Federal Communication Commission,FCC)提出認(rèn)知無線電(Cognitive Radio,CR)概念,用來提高授權(quán)頻譜的利用率。在CR中,次要用戶(Secondary User,SU)周期性地運(yùn)行頻譜感知算法,目的在于不斷地檢測主要用戶(Primary User,PU)的頻譜空洞,從而動態(tài)占用空閑頻譜進(jìn)行通信。由于陰影衰落和多徑效應(yīng)的影響,單節(jié)點的頻譜檢測算法的檢測穩(wěn)定性較差且檢測概率較低,導(dǎo)致SU對PU的正常通信造成干擾。所以協(xié)作式頻譜感知(Cooperative Spectrum Sensing,CSS)算法被提出來解決上述問題,CSS系統(tǒng)的感知過程包括感知檢測時隙、上報決策時隙與數(shù)據(jù)傳輸時隙。在這三個時隙中,感知檢測時隙的時延具有重要的研究意義,該時延的減小可以提高系統(tǒng)的通信吞吐量。針對傳統(tǒng)CSS感知時延較長的問題,本文工作內(nèi)容及創(chuàng)新點如下:1.深入研究認(rèn)知無線電和頻譜感知算法的原理及其發(fā)展現(xiàn)狀,建立頻譜感知模型并總結(jié)相關(guān)概念。詳細(xì)介紹傳統(tǒng)的頻譜感知算法的實現(xiàn)原理,最終采用檢測性能較好的非參數(shù)型多窗譜估計算法(Multi-taper Method,MTM)作為本文中SU處的感知算法。2.針對如何在較高的檢測概率下縮短感知時延的問題,本文提出了一種改進(jìn)型協(xié)作式頻譜感知(Improved Cooperative Spectrum Sensing,ICSS)算法,即基于截斷式序貫檢測(Truncated Sequential Probability Ratio Test,T-SPRT)的協(xié)作式多窗譜估計算法。首先,詳細(xì)介紹了該算法的系統(tǒng)模型和幀結(jié)構(gòu)設(shè)計。在次要用戶節(jié)點處采用MTM對觀測向量求解頻譜感知結(jié)果,根據(jù)似然比(Likelihood Ratio,LLR)的定義,理論推導(dǎo)出SU的判決統(tǒng)計量。參考序貫檢測(Sequential Probability Ratio Test,SPRT)方法給出SU的判決門限值。其次,根據(jù)累積分布函數(shù)(Cumulative Distribution Function,CDF)的概念對融合中心(Fusion Center,FC)的檢測概率和虛警概率進(jìn)行推導(dǎo),最終分析得出時延和吞吐量的表達(dá)式。最后,將ICSS算法與能量檢測算法、FC處序貫檢測算法、協(xié)作式能量檢測算法等算法進(jìn)行仿真對比分析。仿真結(jié)果表明ICSS算法在檢測概率、感知時延和吞吐量性能上要優(yōu)于傳統(tǒng)算法。3.將ICSS算法研究成果應(yīng)用于專網(wǎng)通信系統(tǒng)中,對射頻控制協(xié)議進(jìn)行研究,設(shè)計了一種能夠縮短空閑頻點搜索時間的二分頻點搜索算法(Binary Frequency Search Algorithm,BFSA)。實驗結(jié)果表明,在單頻點(頻段)或雙頻點(頻段)干擾條件下,本文提出的ICSS算法和BFSA能夠快速準(zhǔn)確地搜索到空閑頻點,不僅縮短了搜索時間,而且減小了感知時延。
【圖文】：

期存在于次要用戶系統(tǒng)中，從而及時感知到頻譜空洞位置的變化。所以在頻譜感知逡逑算法的設(shè)計與實際應(yīng)用中需要注意盡量降低實現(xiàn)復(fù)雜度，減小執(zhí)行時間。逡逑頻譜感知算法分類如圖１－１所示［１３］。頻譜感知算法可以劃分為兩類，一類是單逡逑用戶節(jié)點處的頻譜感知算法，該算法既可以對主要用戶發(fā)送端的信號進(jìn)行檢測，例逡逑如能量檢測（Ｅｎｅｒｇｙ邋Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，邋ＥＤ）頻譜感知算法等又可以對主要用戶接收逡逑端的信號進(jìn)行檢測，例如接收機(jī)本振泄露頻譜檢測算法、干擾溫度頻譜檢測算法逡逑等。其中，受到廣大學(xué)者青睞的譜估計頻譜感知算法研宄成果包括周期圖估計算法逡逑（Ｐｅｒｉｏｄｏｇｒａｍ邋Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ邋Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ＰＥＡ）、改進(jìn)式周期圖估計算法、加權(quán)交疊分段平逡逑均（Ｗｅｉｇｈｔｅｄ邋Ｏｖｅｒｌａｐｐｅｄ邋Ｓｅｇｍｅｎｔ邋Ａｖｅｒａｇｉｎｇ，ＷＯＳＡ）［１８］［１９］、多窗譜估計算法［２０］等。逡逑多用戶的頻譜感知算法包括分布式頻譜檢測算法、集中式頻譜檢測算法和中繼式頻逡逑譜檢測算法。在單節(jié)點的頻譜感知算法中，由于信號傳輸會受多徑效應(yīng)、陰影衰落逡逑引起的隱藏終端問題所影響

主要用戶信號會被噪聲所淹沒，造成較差的檢測性能逡逑２．２．２匹配濾波器檢測算法逡逑匹配濾波器檢測（Ｍａｔｃｈｅｄ邋Ｆｉｌｔｅｒ邋Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ＭＦＤ）算法框圖如圖２－２所示。其思逡逑想是通過對主要用戶的信號進(jìn)行解調(diào)或者導(dǎo)頻相干檢測實現(xiàn)的。在ＡＷＧＮ信道中，逡逑通過理論推導(dǎo)可得該算法可以使輸出的ＳＮＲ最大，是一種最優(yōu)的頻譜感知檢測算逡逑法Ｅ６４］。首先，接收到的時域模擬信號通過一個帶通濾波器，得到目標(biāo)帶寬模擬逡逑信號。之后將模擬信號通過ＡＤ轉(zhuǎn)換器得到時域數(shù)字信號ｙ（ｎ），然后將主要用戶的逡逑信號與；Ｋｎ）點乘得到統(tǒng)計量，最后和門限值；Ｉ作比較得出決策結(jié)果［６５］。逡逑７（０—？帶通濾波器邋＿？邋ＡＤ轉(zhuǎn)換器，，＝邋｜．ｖ（＂），（》）邋—？逡逑５’（《）逡逑圖２－２邋匹配濾波器檢測算法框圖逡逑在二元信號檢測的模型下，由文獻(xiàn)［６６］可知，假設(shè)信號和噪聲ｖｖ（ｎ）均服從逡逑正態(tài)分布
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN925

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 馬恒;;認(rèn)知無線電中頻譜檢測技術(shù)研究[J];無線電工程;2014年03期

2 陳R

本文編號：2634114