认知无线电中的本地频谱感知

摘要

无线通信技术的飞速发展使得无线业务对无线电频谱资源有着巨大的需求，而静态频谱分配政策导致了频谱资源的利用率低下。认知无线电就是针对频谱短缺问题而提出的一种解决方案，是缓解目前频谱资源紧张的有效手段。认知无线电包括频谱感知、动态频谱接入、频谱管理和频谱共享等技术，它能够自动感知无线通信环境，通过对环境的判决和学习，自适应调整通信参数后接入授权信道，在不对授权用户造成干扰的前提下，利用空闲频谱资源进行通信。本文研究的是认知无线电中的频谱感知技术，频谱感知技术是保证认知无线电网络能否正常工作的关键技术。目前频谱感知的研究方法主要有单节点频谱感知和多节点协作频谱感知，单节点频谱感知是只有一个认知用户感知授权用户的存在，多节点合作感知是多个认知用户相互合作感知授权用户的存在。本文研究的重点是单节点频谱感知，即本地频谱感知。
　　本文总结了现有的本地频谱感知算法。介绍了三种经典的针对发射机的频谱感知算法，能量检测、匹配滤波器检测和循环平稳特征检测算法，以及其他的一些常用算法，如协方差检测、延时相关检测和多步检测。现存的很多频谱感知方法都需要知道信号和噪声的先验知识，但是这在实际情况中是很难实现的，难以满足实际应用的要求。故本文中采用的是盲检测法，即无需任何先验信息，就可判断授权用户是否占用授权频段，具有重要的理论价值和实际意义。
　　本文从认知无线电网络中认知用户的接收信号出发，针对现有频谱感知算法中存在的一些问题，根据接收信号的互补协方差矩阵是否为0，改进现有的频谱感知算法，使之更符合实际情况。新得到的检测器，在检测性能方面有着显著的提高。此外，对所提出的方法的检测性能进行了理论分析。
　　当接收信号的互补协方差矩阵为0时，取出接收信号的实值部分和虚值部分组合在一起，构造成增广数据，由此对Hadamard检测法进行改进。Hadamard检测法是根据广义似然比检验准则推导出的一种检测器，具有不需要任何先验知识、对非均匀背景噪声也有很好的鲁棒性等优点。在本文中，详细的分析了Hadamard检测法的系统模型、检验统计量的建立以及判决门限的推导过程。改进的检测算法，即保留了全部信息又降低了计算复杂度，理论分析与仿真结果，验证了该方案相比于其他现存检测法，具有更好的检测性能。
　　当接收信号的互补协方差矩阵不为0时，说明互补协方差矩阵中也包含接收信号的部分信息。在本文中，取接收信号的转置和共轭转置组合在一起，重新构造接收数据。增广数据的协方差矩阵中不仅包含原接收信号的协方差矩阵信息还包括其互补协方差矩阵中的信息，避免了信息的丢失。利用增广数据对最大最小特征值检测法进行改进，最大最小特征值检测是根据接收信号计算协方差矩阵，然后对协方差矩阵进行特征值分解，将最大特征值和最小特征值的比值作为检验统计量，进行统计判决。最大最小特征值法具有不需要先验知识、不依赖噪声功率、实现简单等优点。对改进的算法进行了理论分析和仿真验证，证明其优越性。

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第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3论文主要内容及安排

第二章 认知无线电中的频谱感知技术

2.1引言

2.2主用户发射机检测

2.3主用户接收机检测

2.4合作频谱感知

2.5本文主要工作及创新点

2.6本章小结

第三章 基于Hadamard检测的改进算法

3.1引言

3.2基于GLRT的Hadamard检测

3.3改进的Hadamard检测算法

3.4本章小结

第四章 基于最大最小特征值检测的改进算法

4.1引言

4.2最大最小特征值检测

4.3改进的最大最小特征值检测

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

附录A

附录B

参考文献

致谢

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