认知无线电中的频谱检测和功率分配

摘要

移动通信技术、互联网技术以及便携式计算机设备技术的大力发展，越来越深入地改变着人类的生活方式，同时也带来了全球移动用户数量的迅速攀升。就中国而言，移动用户数量已经超过10亿人次，越来越多的移动用户与有限的频谱资源之间形成了不可调和的矛盾。充分地利用频谱资源、提高频谱的利用率不可阻挡地成为解决这一矛盾的有效手段。
　　认知无线电技术能够在频谱授权用户（也称主用户）的空闲时段利用授权的频谱资源，因此被认为是目前解决频谱短缺问题的有效方法。认知无线电用户有三种工作模式：谱交织（Interweave）、谱重叠（Underlay）、谱覆盖（Overlay），分别对应三种关键技术：频谱感知、频谱共享和频谱管理。本论文对认知无线电网络中的谱交织和谱重叠的工作模式进行研究，并且针对谱交织工作模式中的基于能量检测的频谱感知技术和谱重叠工作模式中的基于注水算法的功率分配技术进行深入研究，提出了如下创新性的研究成果：
　　1.提出了一种自适应门限的能量检测算法。传统的能量检测算法采用固定的能量判决门限，其主要目的是为了保证的主用户对频谱资源的使用不受干扰。而自适应门限的能量检测算法从未授权用户（也称认知无线电用户或者从用户）的角度出发，在保证对主用户的干扰满足限制的条件下，通过优化从用户的传输容量，得到自适应门限的调整方法，从而最大化从用户的传输容量。
　　2.将自适应门限的能量检测算法与多用户联合检测结合，提出一种简单的数据融合技术。在认知无线电网络中，传统的数据融合技术包括“与”规则，“或”规则以及少数服从多数的规则。这些技术简单有效，但也或多或少存在一些缺陷，系统综合性能并不高。本文将上述规则中综合性能最佳的“少数服从多数”的判决方式与每个用户的“置信度”相结合，提高了系统的检测性能。
　　3.提出了一种平移注水算法，并在此基础上提出了一种认知无线电网络中快速分配功率的方法。传统的注水算法采用二分搜索的方式搜索注水线，在每次搜索注水线的时候都要进行一次功率分配。这种方法不仅耗时，运算复杂度也很高。本论文通过发现注水算法的平移性，对初次分配的功率进行调整，从而避免了对注水线的搜索，大大节约了计算时间的同时也降低了运算的复杂度，在此基础上提出的快速功率分配方法，也大大降低了运算时间和运算复杂度。

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缩略词表

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 认知无线电概述

1.3 本文的主要工作和内容安排

第二章 认知无线电中的频谱感知技术

2.1 引言

2.2 单用户频谱感知技术

2.3 联合频谱感知技术

2.4 本章小结

第三章 基于自适应门限的能量检测算法

3.1 引言

3.2 自适应门限的能量检测算法

3.3 联合能量检测算法

3.4 本章小结

第四章 认知无线电中的功率分配技术

4.1 引言

4.2 系统模型

4.3 基于OFDM的认知无线电功率分配技术

4.4 本章小结

第五章 快速功率分配算法

5.1 引言

5.2 平移注水算法

5.3 基于平移注水算法的快速功率分配算法

5.4 瑞利衰落信道下的性能仿真

5.5 本章小结

第六章 结论和展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果

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