基于检测和功率受限的频谱感知优化

摘要

认知无线电是在不干扰授权主用户的情况下提高频谱利用率的一种新兴技术。为了在不干扰主用户通信的同时，检测和利用空闲频段，频谱感知在认知无线电技术中的作用举足轻重。一般来说，频谱感知方法可以分为两类：第一类为非协作式感知方法，包括能量检测、匹配滤波器检测和循环平稳特征检测；第二类为协作式感知方法，即通过认知网络中各节点的高效协作来避免频谱感知过程中多径衰落和阴影衰落等不利因素的影响。
　　 认知无线电节点通过协作，实现感知信息共享，从而有效提高对主用户的检测效果，显著提升频谱感知的性能。目前，协作频谱感知被认为是解决无线认知网络不足的一种有效方案。相关工作证明通过引入空间分集的感知信源，认知节点之间的协作可显著提升感知性能。
　　 本论文研究了认知网络在各种感知参数以及功率限制下的性能。将功率限制与认知网络的主要参数相结合，结合认知系统吞吐量，提出了关于功率效率的目标函数。根据不同的限制条件和系统需求，通过设置合适的权重，可得到最佳的参数组合。最后，本文论证了实现功率效率最大化并同时保证吞吐量性能的最优参数组合存在性。
　　 此外，本论文还提出了一种基于新的最优化策略的协作频谱感知机制来提升认知网络的性能。该优化策略可描述为在给定虚警概率的条件下最大化系统检测概率。理论分析和仿真结果显示，论文提出的优化方案可以减少检测时间，提高检测灵敏度和检测概率。论文同时证明了该优化策略是一个凸优化问题并给出了保证目标函数凸优化的条件。