认知无线电网络主用户定位算法研究

摘要

随着无线通信业务的快速增长，可用频谱资源基本上分配殆尽，频谱资源供需矛盾越来越突出。认知无线电以灵活、智能、可重配置为显著特征，通过频谱感知探测频谱空洞，在不干扰主用户的前提下实现频谱共享，通过提高频谱利用率来获得新的频谱使用机会。在认知无线电网络中，为了实施功率控制、提供基于位置的业务、位置辅助网络优化、位置辅助收发信机优化、环境辨识等，需要获得主用户的位置信息。本文针对认知无线电网络中主用户定位技术开展研究，主要研究内容有：
　　1）认知无线电网络主用户定位包括测量和处理两个阶段，在测量阶段，认知用户通过测量来自主用户的发射信号估计电波参数（如接收信号强度、电波到达角等）；在处理阶段，认知用户根据估计获得的电波参数，基于随机信号处理理论解算被测节点位置信息。本文总结分析了无线电波传播机理及其典型的无线电传播模型；阐述了基于TOA、TDOA、RSS和AOA测量的无线定位技术原理、特点和适用范围；在定位解算算法分析中，分别介绍了圆周定位解算法、双曲线定位解算法、方位测量定位解算法、灯塔测量定位解算法的基本原理；定义了无线定位性能的评价指标。
　　2）结合认知无线电网络主用户定位需要，研究RSS定位技术和AOA定位技术：分别建立了电波接收信号强度与节点间距离关系模型和电波到达角与节点间距离关系模型；采用加权最小二乘法执行位置解算，阐述了电波传播路径损耗指数、主用户与认知用户之间的距离对定位性能的影响；以此为基础，提出一种AOA-RSS混合定位算法，通过设置参考准则，数据处理中心据此选择 RSS-WLS定位算法或 AOA-WLS定位算法执行主用户位置估计，仿真结果表明，该算法相对于单独的RSS-WLS定位算法或AOA-WLS定位算法，其定位解的均方根误差更小，性能更优。
　　3）鉴于认知用户无法获知主用户发射功率参数，设计了一种RSS-IWLS主用户定位算法。在对主用户位置估计时，将主用户发射功率作为未知变量，并综合考虑噪声、干扰、阴影效应和传输损失等，采用加权最小二乘法解算主用户位置。仿真结果表明，RSS-IWLS主用户定位算法的性能优于RSS-WLS定位算法，其均方误差和均方根误差更小，定位准确性更高。

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3论文结构和章节安排

2 无线定位技术基础

2.1无线电波传播特性

2.2无线定位及其解算方法

2.3无线定位性能评价指标

2.4本章小结

3 主用户基础定位算法

3.1无线定位模型

3.2无线定位算法

3.3性能分析

3.4 AOA-RSS定位算法

3.5本章小结

4 RSS-IWLS定位算法研究

4.1系统模型

4.2 RSS-IWLS定位算法

4.3仿真分析

4.4本章小结

5 总结与展望

5.1全文总结

5.2未来展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录