多电平微弱信号检测研究与改进

摘要

在无线通信中，一方面，频谱分段越来越拥挤，另一方面，频谱资源的利用却不充分，认知无线电被认为是解决这对矛盾的有效方案。其中，频谱检测是认知无线电的核心组成部分。次级用户只有准确检测到频带的使用情况，才能作出正确的选择，即使用该频段或者放弃接入该频段。现在常用的频谱检测方案包括能量检测法，循环平稳检测法等。但是，不难发现几乎所有的频谱检测方案均假设授权用户只有一个恒定的功率。然而，我们很容易从现行标准中，如IEEE802.11,LTE,LTE-A中发现授权用户可以有多个工作电平以便适应不同的环境。并且，由于现实环境中存在噪声起伏非常大，传输到次级用户的信号非常微弱等情况，导致进行准确地频谱感知更为困难。针对以上的种种问题，本文主要研究了在授权用户存在多个工作电平下的微弱信号检测与识别的问题。具体的研究内容如下：
　　(1)介绍了认知无线电的基本内容，然后分析了认知无线电环境下常用的频谱检测技术，针对现有频谱检测技术主要考虑授权用户为恒定功率检测模型的缺陷，首先提出了多电平情况下的固定检测方法，在这种情况下，不仅需要检测出授权用户的存在与否，还需要识别出授权用户具体的电平。我们分析了两种具体的固定检测方案，对两种检测方案中判决存在与否的门限进行了大小比较，对两种检测方案的性能进行了理论分析。
　　(2)考虑到在微弱信号检测中，采用固定检测的方式无法解决感知时间过长，频谱利用率低的问题，我们对上述检测方案进行了改进，提出了多电平情况下的序列检测方法，因为这种检测方法的主要优点是在实现与固定检测方法相同的检测性能时，能够显著地减小观测点数，从而缩短感知时间，提高频谱利用率。在这种序列检测方案中，我们同样分析了两种不同的序列检测方案，即先检测后识别和先识别后检测，并且推导出了两种情况下的闭式判决域，分析了这两种方案的检测性能，并且进行了仿真验证。
　　(3)系统性地讨论了多电平环境下序列检测的各个方面，包括判决域随采样点数变化的过程，性能评价参数平均采样点数的闭式解求导过程，时间复杂度分析，电平覆盖现象的产生原因及避免方法，与固定检测方案的性能比较等等。最后做了大量的仿真对上述分析进行了验证。

目录

声明

插图索引

表格索引

符号对照表

缩略语对照表

第一章 绪论

1.1引言

1.2认知无线电简介

1.3认知无线电研究现状

1.4本课题的主要研究内容

1.5论文内容及安排

第二章 认知无线电中的频谱感知技术

2.1引言

2.2奈曼皮尔逊准则

2.3基于发射机信号的频谱感知

2.4基于接收机的频谱检测

2.5协作频谱检测

2.6结论

第三章 多电平情况下微弱信号检测基础性研究

3.1多电平情况下固定检测研究

3.2二元信号的序列检测

3.3多元信号的序列检测

3.4结论

第四章 多电平环境下微弱信号序列检测深入分析

4.1检测算法分析

4.2判决域分析

4.3电平覆盖现象的研究

4.4序列检测是否停止的分析

4.5平均采样点数的分析

4.6序列检测和固定检测的性能比较分析

4.7时间复杂度分析

4.8仿真部分

4.9结论

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

作者简介