【摘要】：傳統(tǒng)的頻譜管理機(jī)制存在資源分配不合理、頻譜利用率低的弊端,已不能滿足高速無線通信業(yè)務(wù)飛速增長的需求,頻譜資源緊缺問題日益嚴(yán)重。認(rèn)知無線電通過機(jī)會式接入空閑頻譜能夠有效提高頻譜利用率和緩解頻譜資源緊張現(xiàn)狀,逐漸成為近年來的研究熱點。頻譜感知作為認(rèn)知無線電的核心技術(shù)之一,需要快速、準(zhǔn)確的識別空閑頻譜,并在保護(hù)主用戶不受干擾的前提下為次級用戶提供頻譜接入機(jī)會,因此,研究頻譜感知算法具有十分重要的意義。本文詳細(xì)介紹了認(rèn)知無線電及頻譜感知的研究現(xiàn)狀與關(guān)鍵問題,系統(tǒng)分析了頻譜感知的基本算法,對基于吞吐量最大化的頻譜感知算法進(jìn)行了深入研究,在此基礎(chǔ)上提出了雙閾值頻譜感知算法和多信道頻譜感知算法。針對傳統(tǒng)能量檢測使用單閾值判決不能兼顧漏檢率和虛警率要求、感知時間長的問題,提出了基于吞吐量最大化的雙閾值頻譜感知算法。該算法引入雙閾值分別控制漏檢率與虛警率,通過對目標(biāo)函數(shù)和約束條件的分析化簡,吞吐量最大化問題轉(zhuǎn)化為關(guān)于感知時間和閾值之差的聯(lián)合優(yōu)化問題,將聯(lián)合優(yōu)化問題分解為兩個單變量的子優(yōu)化問題,采用交替優(yōu)化迭代法求解。與傳統(tǒng)單閾值方法相比,所提算法能夠在滿足檢測率要求的條件下降低感知虛警率,且縮短所需感知時間,從而有效提高認(rèn)知用戶系統(tǒng)的吞吐量。考慮到讓單個認(rèn)知用戶感知全頻帶的方法在實際應(yīng)用中會受到硬件復(fù)雜度和成本的限制,本文從實際應(yīng)用角度出發(fā),研究了多個認(rèn)知用戶共同完成對多條信道感知的問題,提出了基于吞吐量最大化的多信道頻譜感知算法。該算法聯(lián)合優(yōu)化感知時間和認(rèn)知用戶分配,為每條信道尋找最優(yōu)感知時間,在多信道間合理分配認(rèn)知用戶資源,將認(rèn)知用戶分配問題建模為多選擇背包問題,使用動態(tài)規(guī)劃法求解。與傳統(tǒng)固定相同感知時間、平均分配認(rèn)知用戶的方法相比,所提算法實現(xiàn)了在多信道頻譜感知時差別對待不同信道,從而有效提高認(rèn)知用戶系統(tǒng)的吞吐量。
[Abstract]:The traditional spectrum management mechanism has the disadvantages of unreasonable resource allocation and low spectrum efficiency, which can not meet the demand of rapid growth of high-speed wireless communication services. The problem of spectrum resource shortage is becoming more and more serious. Cognitive radio can effectively improve spectrum efficiency and alleviate the current situation of spectrum resource shortage by opportunistic access to idle spectrum. It has gradually become a hot research topic in recent years. Spectrum sensing, as one of the core technologies of cognitive radio, requires fast and accurate identification of free spectrum, and provides spectrum access opportunities for secondary users on the premise of protecting primary users from interference. It is very important to study spectrum sensing algorithm. In this paper, the research status and key problems of cognitive radio and spectrum sensing are introduced in detail. The basic algorithms of spectrum sensing are systematically analyzed, and the spectrum sensing algorithm based on maximum throughput is deeply studied. Based on this, a dual threshold spectrum sensing algorithm and a multi-channel spectrum sensing algorithm are proposed. A dual-threshold spectrum sensing algorithm based on maximum throughput is proposed to solve the problem that single threshold decision can not take into account the requirements of false alarm rate and has long perceptual time in traditional energy detection. In this algorithm, double thresholds are introduced to control the false alarm rate and miss detection rate respectively. Through the analysis of the objective function and the constraint conditions, the throughput maximization problem is transformed into a joint optimization problem about the difference between the perceptual time and the threshold. The joint optimization problem is decomposed into two single variable suboptimization problems and is solved by alternating optimization iterative method. Compared with the traditional single threshold method, the proposed algorithm can reduce the false alarm rate and shorten the required sensing time under the condition that the detection rate is satisfied, thus effectively improving the throughput of the cognitive user system. Considering that the method of making a single cognitive user aware of the full frequency band will be limited by the hardware complexity and cost in practical applications, this paper studies the problem of multiple cognitive users accomplishing multi-channel perception from the perspective of practical application. A multichannel spectrum sensing algorithm based on throughput maximization is proposed. The algorithm optimizes the perceptual time and cognitive user allocation, finds the optimal perceptual time for each channel, reasonably allocates cognitive user resources among multiple channels, and models the cognitive user assignment problem as a multi-selection knapsack problem. The dynamic programming method is used to solve the problem. Compared with the traditional method of allocating cognitive users equally with the same perceptual time, the proposed algorithm can effectively improve the throughput of cognitive user systems by treating different channels differently in multi-channel spectrum sensing.
【學(xué)位授予單位】：東北大學(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：2241121