认知无线电压缩感知技术研究与基于Zc706平台的实现

摘要

随着无线通信技术向更快速和更宽带的方向发展，现有的频谱资源变得非常珍贵。而现如今可用的频谱资源处于稀缺状态，同时，已分配的频谱利用率也处于比较低的状态。为此，一种高效利用频谱资源的认知无线电技术（Cognitive Radio,CR）的出现给我们带来了新的希望。认知无线电技术可以实现将有限的频谱资源再利用，从而有效地解决了频谱资源利用率较低的问题。频谱感知作为认知无线电的关键技术环节，能够获得频谱使用信息从而判断出授权用户的存在情况。面对未来认知无线电技术需要感知较宽的频带，传统的采样方式会面临很多局限性问题。然而，在频谱感知中利用压缩感知技术（Compressed Sensing, CS）可以有效地解决高采样率的问题，同时显著的降低了频谱感知系统的硬件压力。但是，压缩感知技术也有它的局限性。针对此本文分析和研究了频谱压缩感知相关内容，提出一种基于差分预处理的压缩感知方法，并基于Zc706平台进行了开发与实现。具体工作内容安排如下：
　　首先，本文介绍了认知无线电的产生背景、概念和包含的关键技术，在此基础之上介绍了频谱压缩感知技术相关知识。详细讲解了压缩感知理论研究内容，与传统的频谱感知技术进行比较，简述了频谱压缩感知技术的优势。
　　其次，分析压缩感知性能与稀疏度之间的关系，并得出相应的结论。在此基础之上，本文提出一种基于差分预处理的压缩感知方法，详细介绍了该方法的思想、数学描述、实现步骤，同时与传统的压缩感知方法进行性能上的Matlab仿真对比分析，说明此方法的性能优势。
　　再次，针对在认知无线电系统中对某些具有特殊结构的信号谱用此基于差分预处理的压缩感知方法进行频谱感知，将感知性能与传统频谱压缩感知方法的性能进行对比分析。分析表明，达到频谱相同重构效果时，基于差分预处理的压缩感知方法相比传统压缩感知方法的信号采样率降低很多。此外，相同信号采样率下，采用差分预处理的压缩感知方法重构的频谱效果远优于传统压缩感知方法下频谱重构效果。因此本方法在降低信号采样率、减少感知数据上传速率等方面具有一定的优势，从而缓解了感知模块的硬件压力。
　　最后，本文在Zc706软件无线电平台上对提出的基于差分预处理的压缩感知方法进行实际实现和验证，同时在Visual Studio软件平台给出相应的结果显示。

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缩略语对照表

第一章 绪论

1.1认知无线电技术

1.2频谱感知技术

1.3频谱压缩感知

1.4论文结构安排

第二章 认知无线电频谱压缩感知

2.1压缩感知理论研究内容

2.2认知无线电频谱压缩感知技术

第三章 基于差分预处理的认知无线电压缩感知

3.1压缩感知性能与数组稀疏度的关系

3.2基于差分预处理的压缩感知方法

3.3基于差分预处理的认知无线电压缩感知

3.4本章小结

第四章 基于Zc706平台的压缩感知方法设计与实现

4.1 开发平台介绍

4.2演示系统结构设计与实现

4.3 结果演示与分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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