【摘要】：20世紀(jì)90年代末,Jeseph Mitola博士在軟件無線電的技術(shù)上增加了與周圍電磁場環(huán)境進(jìn)行感知交互的功能,從而提出“認(rèn)知無線電(Cognitive Radio,CR)”的概念,它便得到了全世界眾多專家和學(xué)者們的關(guān)注,大家不斷在認(rèn)知無線電的頻譜感知、頻譜分配、頻譜接入和功率控制等方向進(jìn)行深入研究,取得了豐碩的成果。但這些成果大部分都集中在民用領(lǐng)域,旨在提高頻譜的利用率,而在軍用方面的研究和應(yīng)用則相對(duì)滯后。本文以認(rèn)知無線電頻譜感知和頻譜接入技術(shù)為核心,通過分析對(duì)抗模式場景中無線通信的特點(diǎn)和要求,研究了復(fù)雜多變的電磁環(huán)境中的頻譜感知技術(shù),以及結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)頻譜的使用規(guī)律進(jìn)行學(xué)習(xí),并對(duì)信道使用狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測等新型的頻譜感知接入機(jī)制。通過以上技術(shù)來實(shí)現(xiàn)最大限度的時(shí)域、頻域和空域等信息的高效利用,為戰(zhàn)場上的軍事行動(dòng)提供強(qiáng)有力的通信保障。本文在認(rèn)知無線電系統(tǒng)頻譜感知方面的創(chuàng)新成果如下:(1)針對(duì)傳統(tǒng)的單節(jié)點(diǎn)能量感知算法對(duì)噪聲比較敏感,在較低的信噪比條件下檢測準(zhǔn)確性易受到影響,循環(huán)特征檢測法計(jì)算復(fù)雜度偏高等問題,為了提高戰(zhàn)場環(huán)境下感知的高效性和正確性,本文提出了基于能量檢測和小波變換(Wavelet Transform,WT)感知的自適應(yīng)雙門限聯(lián)合感知算法。該算法預(yù)設(shè)雙門限值,對(duì)雙門限區(qū)間兩端的區(qū)域進(jìn)行能量檢測進(jìn)行判定,雙門限范圍內(nèi)的不確定區(qū)域進(jìn)行小波感知,并根據(jù)信道中噪聲不確定性自適應(yīng)調(diào)整雙門限值,當(dāng)信道質(zhì)量較好時(shí),減小兩門限之間的距離,否則增大兩門限之間的距離,從而控制進(jìn)行小波感知的概率。并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證了技術(shù)的有效性。(2)單用戶頻譜感知容易受到陰影效應(yīng),多徑衰落及隱蔽終端等不利因素的影響,造成感知結(jié)果誤判。為了提高系統(tǒng)的檢測性能,并減少感知花銷,提出了多用戶智能協(xié)作頻譜感知算法。各個(gè)認(rèn)知用戶根據(jù)估計(jì)信噪比自適應(yīng)選擇不同的感知策略,當(dāng)估計(jì)信噪比高于選擇閾值時(shí)采用雙門限能量感知,低于選擇閾值時(shí),優(yōu)先考慮感知結(jié)果的準(zhǔn)確性,則采用循環(huán)平穩(wěn)特征檢測,并在同一個(gè)感知周期內(nèi)只進(jìn)行一種較優(yōu)的感知策略,從而在不明顯增加計(jì)算復(fù)雜度的情況下,克服了能量感知在低信噪比條件下魯棒性差的缺點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了智能檢測。最后將分布式感知信息進(jìn)行集中處理,得到感知結(jié)果,因此可以有效的提高復(fù)雜電磁環(huán)境下無線網(wǎng)絡(luò)的魯棒性。(3)戰(zhàn)時(shí)戰(zhàn)場信息瞬息萬變,為了提高感知機(jī)檢測效率,提出了一種多用戶分組協(xié)作感知機(jī)制。該機(jī)制是依據(jù)地理信息將某CR基站附近部分信噪比較高的認(rèn)知用戶根據(jù)頻譜感知需求分成N組,由于在現(xiàn)實(shí)無線環(huán)境中報(bào)告信道并不是理想的,會(huì)對(duì)本地感知結(jié)果的傳送容易產(chǎn)生誤碼的情況,所以各組選擇組內(nèi)的信噪比最好的認(rèn)知用戶作為簇頭,由簇頭先進(jìn)行組內(nèi)的判決,然后將判決結(jié)果發(fā)送給融合中心進(jìn)行組間的最后判決。對(duì)整個(gè)感知系統(tǒng)而言,分組協(xié)作感知機(jī)制既減少了單個(gè)感知機(jī)的感知時(shí)間,又提高了融合中心的判決效率,從而提高整個(gè)感知系統(tǒng)的工作效率,為通信系統(tǒng)的鏈路保持提供可靠保障。(4)戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)的頻譜覆蓋了極低頻到特高頻,單天線感知的頻譜帶寬十分有限,當(dāng)進(jìn)行多頻段寬頻譜感知時(shí),CR用戶會(huì)顯著增加切換延時(shí)和同步開銷,為此,本文提出了一種基于多天線的寬帶協(xié)作感知方法,將MIMO的相關(guān)技術(shù)運(yùn)用到感知機(jī)中,由多個(gè)天線在同一時(shí)隙分別感知不同頻段,再運(yùn)用(2)和(3)中協(xié)作感知方法,減少了寬頻感知中的切換延時(shí)和同步開銷,保障了通信系統(tǒng)遭惡意干擾時(shí)可用頻段的快速獲取。在認(rèn)知無線電頻譜接入方面的創(chuàng)新成果如下:根據(jù)現(xiàn)實(shí)信道環(huán)境的可行性分析,可知信道的使用狀態(tài)會(huì)呈現(xiàn)一定的規(guī)律性,針對(duì)這個(gè)特性,本文提出了一種新的頻譜預(yù)測算法及接入機(jī)制。該算法首先使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)頻譜的占用和空閑進(jìn)行預(yù)測,然后通過采用遺傳算法對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型進(jìn)行優(yōu)化,使預(yù)測準(zhǔn)確率大幅的提高,并且克服了使用隨機(jī)權(quán)值和閾值所帶來的系統(tǒng)不穩(wěn)定性。認(rèn)知用戶使用優(yōu)化過的頻譜預(yù)測模型對(duì)歷史頻譜感知數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和分析,對(duì)未來時(shí)刻的頻譜狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測,并且可以在頻譜被干擾之前做出頻譜搬移決策,從而有效避免信號(hào)受到干擾,保證高質(zhì)量的通信要求,為未來軍事通信的智能頻譜接入提供了一個(gè)新的方案。
【圖文】：

分為情報(bào)戰(zhàn)、電子戰(zhàn)、心理戰(zhàn)、網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)。在現(xiàn)代軍事戰(zhàn)場上，敵對(duì)雙方都希望破壞對(duì)逡逑方的通信系統(tǒng)的正常工作，而使自己的通信系統(tǒng)保持正常的工作，其包括了通信電磁逡逑攻擊和防護(hù)兩方面，圖１－１表示了基本的通信電子進(jìn)攻模型。實(shí)施有效的通信電磁進(jìn)逡逑攻和防護(hù)需要得到關(guān)于行動(dòng)客體的信息支持，即每一方都需要設(shè)法去獲取對(duì)方電子系逡逑統(tǒng)的相關(guān)信息及可能傳輸?shù)男畔�。逡逑干擾逡逑／＊■邐／邐Ｎ逡逑（＜？＞）邋＋逡逑信號(hào)源邐邐邐邐＊邐邋接收逡逑噪聲逡逑圖１－１通信電子進(jìn)攻基本模型逡逑目前可以利用更復(fù)雜的信號(hào)來傳遞信息以降低信號(hào)被截獲的概率，例如各種擴(kuò)頻逡逑通信技術(shù)。電子對(duì)抗是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中常用的一種手段，所謂電子戰(zhàn)就是敵對(duì)雙方為削弱、逡逑破壞或截獲對(duì)方的電子系統(tǒng)和信息，并且保證我方的電子通信設(shè)備正常發(fā)揮效能而采逡逑取的各種電子對(duì)抗即防護(hù)措施。電子對(duì)抗分為三個(gè)方面：電子對(duì)抗偵察，電子干擾和逡逑電子防御。按電子對(duì)抗設(shè)備類型可以分為：雷達(dá)對(duì)抗，無線電通信對(duì)抗，導(dǎo)航對(duì)抗，逡逑制導(dǎo)對(duì)抗等。逡逑１．１．２復(fù)雜的電磁頻譜特性與電磁環(huán)境逡逑電磁頻譜作為一種寶貴的自然資源，正確的認(rèn)識(shí)它的特性，對(duì)人類更好的利用和逡逑合理

分為情報(bào)戰(zhàn)、電子戰(zhàn)、心理戰(zhàn)、網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)。在現(xiàn)代軍事戰(zhàn)場上，敵對(duì)雙方都希望破壞對(duì)逡逑方的通信系統(tǒng)的正常工作，而使自己的通信系統(tǒng)保持正常的工作，其包括了通信電磁逡逑攻擊和防護(hù)兩方面，圖１－１表示了基本的通信電子進(jìn)攻模型。實(shí)施有效的通信電磁進(jìn)逡逑攻和防護(hù)需要得到關(guān)于行動(dòng)客體的信息支持，即每一方都需要設(shè)法去獲取對(duì)方電子系逡逑統(tǒng)的相關(guān)信息及可能傳輸?shù)男畔�。逡逑干擾逡逑／＊■邐／邐Ｎ逡逑（＜？＞）邋＋逡逑信號(hào)源邐邐邐邐＊邐邋接收逡逑噪聲逡逑圖１－１通信電子進(jìn)攻基本模型逡逑目前可以利用更復(fù)雜的信號(hào)來傳遞信息以降低信號(hào)被截獲的概率，例如各種擴(kuò)頻逡逑通信技術(shù)。電子對(duì)抗是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中常用的一種手段，所謂電子戰(zhàn)就是敵對(duì)雙方為削弱、逡逑破壞或截獲對(duì)方的電子系統(tǒng)和信息，并且保證我方的電子通信設(shè)備正常發(fā)揮效能而采逡逑取的各種電子對(duì)抗即防護(hù)措施。電子對(duì)抗分為三個(gè)方面：電子對(duì)抗偵察，電子干擾和逡逑電子防御。按電子對(duì)抗設(shè)備類型可以分為：雷達(dá)對(duì)抗，無線電通信對(duì)抗，導(dǎo)航對(duì)抗，逡逑制導(dǎo)對(duì)抗等。逡逑１．１．２復(fù)雜的電磁頻譜特性與電磁環(huán)境逡逑電磁頻譜作為一種寶貴的自然資源，正確的認(rèn)識(shí)它的特性，對(duì)人類更好的利用和逡逑合理
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN925

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6 張s，

本文編號(hào)：2709908