本文關(guān)鍵詞：基于能量檢測的協(xié)作頻譜感知技術(shù)研究　出處：《解放軍信息工程大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：作為能緩解頻譜資源短缺和利用率低下之間矛盾最具潛力的一項(xiàng)技術(shù),認(rèn)知無線電(Cognitive Radio,CR)近年來引起了廣泛關(guān)注,它允許次用戶(Secondary User,SU)在不給主用戶(Primary User,PU)帶來有害干擾的前提下動態(tài)接入空閑頻段,因而可以提高頻譜利用率。頻譜感知是認(rèn)知無線電技術(shù)執(zhí)行的基礎(chǔ),其實(shí)質(zhì)即為監(jiān)測目標(biāo)頻段的主用戶存在與否。鑒于單個次用戶的頻譜感知,例如能量檢測,循環(huán)平穩(wěn)特征檢測和匹配濾波器檢測等,其結(jié)果往往受陰影、多徑衰落和噪聲不確定性等影響而性能較差,學(xué)者提出了協(xié)作頻譜感知(Cooperative Spectrum Sensing,CSS)技術(shù)來克服這些問題。然而在帶來諸多好處的同時,協(xié)作頻譜感知也引入了新的感知開銷,包括控制信道、感知時延和上傳能耗等。為此,本文以基于能量檢測的協(xié)作頻譜感知技術(shù)為對象,以提高協(xié)作感知性能和降低感知開銷為目標(biāo),提出了以下解決方案:首先,針對平坦瑞利衰落信道下的協(xié)作頻譜感知,提出了一種基于有限狀態(tài)馬爾科夫信道(Finite State Markov Channel,FSMC)的用戶選擇機(jī)制。通過引用一階FSMC模型刻畫衰落信道的緩慢變化,設(shè)計(jì)了次用戶依據(jù)當(dāng)前狀態(tài)在感知和休眠之間的切換規(guī)則,并根據(jù)信道狀態(tài)參數(shù)的獲知與否給出了兩種實(shí)現(xiàn)方案。研究表明:所提機(jī)制能保證各次用戶盡可能地在高信噪比時參與感知而在低信噪比時進(jìn)入休眠狀態(tài),動態(tài)實(shí)現(xiàn)了用戶選擇的目的,同時提高了協(xié)作感知性能和降低了感知開銷。其次,針對協(xié)作頻譜感知中上傳時隙存在較多空閑的問題,設(shè)計(jì)了一種新的幀結(jié)構(gòu)。在所設(shè)計(jì)的幀結(jié)構(gòu)中,當(dāng)一個次用戶上傳信息時,后面的次用戶繼續(xù)執(zhí)行本地感知直至輪到其上傳時才停止。分別針對恒虛警率(Constant False Alarm Rate,CFAR)和恒檢測率(Constant Detection Rate,CDR)兩種需求,研究了AND準(zhǔn)則和OR準(zhǔn)則下的次用戶最優(yōu)調(diào)度策略問題,并討論了該幀結(jié)構(gòu)帶來的感知性能增益。研究表明:所設(shè)計(jì)的幀結(jié)構(gòu)由于合理地將一半的空閑上傳時隙用于本地感知,因而可以在不增加感知時延的前提下有效改善協(xié)作頻譜感知性能。然后,針對次用戶能量受限的協(xié)作頻譜感知過程,提出了一種新的刪除機(jī)制,核心思想是各次用戶僅當(dāng)感知結(jié)果與其前一次不同時才向融合中心發(fā)送一個指示信號,否則不發(fā)送。對比分析了基于所提刪除機(jī)制的協(xié)作頻譜感知中的上傳能耗,并以限制對主用戶的干擾為約束條件,對感知周期進(jìn)行了優(yōu)化。研究表明,所提機(jī)制可以在不造成任何感知性能損失的前提下有效降低次用戶的上傳能耗。此外,當(dāng)上傳信道非理想時,對所提機(jī)制還給出了一種改進(jìn)方案,以保證其可行性。最后,在傳統(tǒng)K/N融合準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上提出了一種序貫決策融合機(jī)制,通過序貫地接收本地決策結(jié)果,融合中心可以不必接收所有決策信息就能做出全局決策。證明了該機(jī)制中的協(xié)作頻譜感知性能與接收所有本地決策的傳統(tǒng)協(xié)作頻譜感知性能一致,還分析了融合中心所需接收決策的平均個數(shù),并給出了AND準(zhǔn)則和OR準(zhǔn)則下的閉式解。研究表明,所提機(jī)制可以在不犧牲協(xié)作感知性能的前提下使得融合中心所需接收決策的平均個數(shù)明顯降低,從而有效節(jié)約次用戶上傳能耗。此外,還考慮了將該機(jī)制與所提的刪除機(jī)制進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì),進(jìn)一步降低了次用戶的上傳能耗。
[Abstract]:As can ease the shortage of spectrum resources and low utilization rate of the contradictions between the most potential of a technology, cognitive radio (Cognitive Radio, CR) in recent years has aroused widespread concern, it allows secondary users (Secondary, User, SU) in to the main user (Primary User, PU) with harmful interference under the premise of dynamic free access frequency, so it can improve the utilization of the spectrum. Spectrum sensing is the cognitive basis of radio technology implementation, which is the main user monitoring target band exists or not. In view of the single user spectrum sensing, such as energy detection, cyclostationary feature detection and matched filter detection, the result is often affected by the shadow. The influence of multipath fading and noise uncertainty and poor performance, scholars have proposed cooperative spectrum sensing (Cooperative Spectrum, Sensing, CSS) technology to overcome these problems. However, in the same benefits When the cooperative spectrum sensing also introduced a new sensing overhead, including control channel, sensing delay and energy consumption. Therefore this paper upload, the cooperative spectrum sensing technology based on energy detection as the object, in order to improve the performance of cooperative sensing and reduce perceived cost, the paper proposes the following solutions: first, for flat Rayleigh fading collaboration the channel spectrum sensing, proposes a finite state Markoff (Finite State Markov channel based on Channel, FSMC) user selection mechanism. By citing the first-order FSMC model to describe the fading channel changes slowly, designed according to the current state of the secondary users in the perception and dormancy switching between rules, and to know the channel state parameters and not give two schemes. The study shows that the proposed mechanism can guarantee the user as much as possible in the high SNR in perception in low SNR. In the resting state, the dynamic implementation of user selection, and also improves the performance of cooperative sensing and reduce the sensing overhead. Secondly, for the upload slot in cooperative spectrum sensing, there are more idle problem, designed a new frame structure. The frame structure design, when a user to upload information time, the user behind the continued implementation of the local perception until its turn upload to stop. According to the constant false alarm rate (Constant False Alarm Rate, CFAR) and the constant detection rate (Constant Detection Rate, CDR) two kinds of needs of AND quasi secondary user optimal scheduling strategy problem and OR criterion, and discuss the perception to bring the performance gain of the frame structure. The study shows that the design of the frame structure due to idle upload reasonably will be half of the time slot for local sensing, which can effectively improve the association in the premise of not increasing the perceived delay under the The performance of spectrum sensing. Then, according to the cooperative spectrum sensing user energy constrained process, put forward a new removal mechanism, the core idea is the user only when the sensing results and the first time to the fusion center sends an indication signal, otherwise not sent. Comparative analysis of the cooperative spectrum sensing provided in upload delete mechanism based on the energy consumption, and to limit the interference to primary users as constraint conditions, the perception of cycles were optimized. The results show that the proposed mechanism can effectively reduce the secondary users without causing any perceived loss of performance on energy consumption. In addition, while uploading a non ideal channel. The proposed mechanism gives an improved scheme to, to ensure its feasibility. Finally, based on the traditional K/N fusion rule proposed a sequential decision fusion mechanism, by sequentially receiving local decision results, The fusion center can not receive all the decision information can make a global decision. It is proved that the performance of cooperative spectrum sensing mechanism and receiving of all local decision-making of the traditional cooperative spectrum sensing performance, also analyzed the average number of fusion centers required for receiving decision, and gives a closed form solution of AND criterion and OR criterion under. The results show that the proposed mechanism can be without sacrificing the performance of collaborative awareness that the fusion center received the decision of average number is significantly reduced, thereby effectively saving energy consumption of secondary users upload. In addition, also considered the mechanism and proposed the deletion mechanism joint design, to further reduce the secondary users upload energy consumption.

【學(xué)位授予單位】：解放軍信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN925

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本文編號：1414373