【摘要】：隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展,在各式各樣的無線智能終端越來越普及的社會大背景下,無線頻譜資源即無線通信所依賴的無線電頻段由于其有限不可再生性,逐漸陷入?yún)T乏狀態(tài)。世界各國、各地區(qū)目前廣泛采用的頻譜分配方式是固定劃分式頻譜分配,級別優(yōu)先級不同的各用戶分別占用固定劃分的多個獨(dú)立子頻段,這些子頻段稱為授權(quán)頻段,對應(yīng)的使用者即是授權(quán)用戶,授權(quán)用戶獨(dú)享授權(quán)頻段,其他非授權(quán)用戶是嚴(yán)禁使用的。但如今來看,這種頻譜分配方式與目前爆發(fā)式增長的用頻需求格格不入,相關(guān)研究也發(fā)現(xiàn)在不同的時間和地點(diǎn),有大量的頻段處于空閑狀態(tài),沒有被高效地使用。認(rèn)知無線電作為解決上述問題的關(guān)鍵技術(shù),一經(jīng)提出就得到了學(xué)術(shù)界越來越廣泛的關(guān)注,被認(rèn)為將在未來的無線通信系統(tǒng)中扮演重要角色。具備“認(rèn)知”功能的用戶通過利用頻譜感知、干擾避讓、資源分配等技術(shù)接入認(rèn)知無線電系統(tǒng),在提高頻譜利用率的同時還要盡力避免引入干擾,致力于實現(xiàn)與授權(quán)用戶共享授權(quán)頻段。本文研究的重點(diǎn)是認(rèn)知無線電技術(shù)中的頻譜感知算法,首先介紹了認(rèn)知無線電技術(shù)和頻譜感知算法的產(chǎn)生背景和發(fā)展現(xiàn)狀,對比分析了現(xiàn)階段不同算法的優(yōu)缺點(diǎn)。為了提高在低信噪比條件下的頻譜感知性能,降低頻譜感知算法的復(fù)雜度,利用軟硬閾值折中法,將差分能量檢測模型與小波閾值去噪算法相結(jié)合,針對現(xiàn)有算法的不足,對基于能量和小波變換的雙門限頻譜感知算法中閾值的選取和檢測流程進(jìn)行了優(yōu)化,仿真結(jié)果證明改進(jìn)后的雙門限聯(lián)合頻譜感知算法提高了在環(huán)境噪聲不確定性影響下頻譜檢測的性能。隨后將雙門限聯(lián)合頻譜感知算法的應(yīng)用范圍拓展到寬帶頻譜的檢測,如今各用戶對無線頻譜資源的利用由窄帶信號向?qū)拵盘栟D(zhuǎn)變,寬帶信號的采樣由于受到奈奎斯特采樣定理約束,成本很高。為了以較低的成本和較快的速度完成寬頻信號采樣及檢測,利用壓縮感知技術(shù)可以用少于奈奎斯特采樣數(shù)重構(gòu)原始信號的優(yōu)勢,運(yùn)用小波變換技術(shù)進(jìn)行頻譜邊緣檢測,提出一種雙門限寬帶頻譜合作感知算法。具體步驟是融合中心先通過壓縮感知技術(shù)實現(xiàn)對待檢測寬頻信號的采樣及重構(gòu),隨后利用小波變換技術(shù)做頻譜邊緣檢測,將寬帶頻譜劃分為若干個子頻段,最后利用雙門限合作檢測的方式逐個對劃分的子頻段實時狀態(tài)進(jìn)行判斷,直至檢測范圍覆蓋整個感興趣的寬帶頻段。通過這樣的檢測方式,降低了寬帶頻譜檢測系統(tǒng)的成本,仿真分析也證明了所提算法的有效性。最后,對全文進(jìn)行了概括總結(jié),分析了實際應(yīng)用中頻譜感知算法有待完善的短板弱項及其下一步的研究發(fā)展方向。
【圖文】：

圖 1.1 頻譜空穴示意圖Joseph Mitola 博士于 1999 年首先提出了認(rèn)知無線電的概念，后續(xù)其他研究者構(gòu)例如 FCC 和 Simon Haykin 教授的觀點(diǎn)[6]也充實了認(rèn)知無線電的定義。Joseph Mitola 的觀點(diǎn)是：認(rèn)知無線電是軟件無線電(SDR)智能化進(jìn)步的產(chǎn)物，推理通過無線電知識表示語言與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行智能的交流，Mitola 強(qiáng)調(diào)的是認(rèn)知學(xué)習(xí)和推理能力[6]。FCC 對認(rèn)知無線電提出了另外一種定義，即認(rèn)知無線電是一種可以與所處無行交互而自適應(yīng)改變傳輸參數(shù)的新型無線電通信平臺[7]。與 Mitola 的觀點(diǎn)相C 的定義更為具體。Simon Haykin 的定義較為細(xì)致地描述了認(rèn)知無線電工作的過程，提出認(rèn)知無以感知周圍環(huán)境的智能系統(tǒng)，其內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)和設(shè)備能夠通過對環(huán)境的學(xué)習(xí)自整工作方式和狀態(tài)，從而避免干擾其他系統(tǒng)。Simon Haykin 在參考文獻(xiàn)[8]中還給出了認(rèn)知無線電技術(shù)的 3 個環(huán)節(jié)：（1） 感知所處無線環(huán)境，估計收發(fā)設(shè)備的干擾溫度并尋找可用的空閑頻譜；（2） 估計通信信道狀態(tài)信息，構(gòu)建傳輸模型，預(yù)估通信信道的容量；

小會介于軟、硬閾值法之間，該模型如圖 3.3 所示。當(dāng) 時，軟閾值法會收縮所有的小波系數(shù)，，估計值 比實際 總要小 如果用硬閾值法處理這種偏差同樣不妥，因為實際的小波系數(shù) 是由 和 組成的噪聲 的影響會使 ，為了使估計值更加貼近原信號，軟、硬閾值折中法利用 α（0< <1）因子，使 的取值介于 與 之間，這樣可以讓最小，即軟、硬閾值折中法的去噪效果最好，如圖 3.4 所示。-λλww 硬閾值法軟閾值法軟硬閾值折中法圖 3.3 軟、硬閾值折中法
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN925

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本文編號：2630164