最快检测在认知无线电频谱感知中的应用

摘要

近年来，频谱资源紧缺已经成为制约无线通信发展的瓶颈之一。认知无线电则被认为是能有效解决这一问题的先进技术。因此，频谱感知作为认知无线电技术的核心技术之一，受到各界广泛关注而成为当前的研究热点。本文对频谱感知算法进行研究，将其建模为最快检测问题，为当前对频谱感知算法的研究开辟一个新的方向。本文选题来源于自然科学基金，具有重要的理论意义和应用前景。
　　 传统的频谱感知算法基本上都属于“分块检测”。这类算法假设被检测信号在整个采样周期内都保持同一状态，即“有”或者“无”。而在实际应用中，由于主用户活动的不确定性，该假设不一定成立，从而导致了传统算法的失效。同时，传统的频谱感知算法由于其采样数固定，并不能在主用户出现或者消失之后迅速做出反应。
　　 为了增强频谱感知算法的可靠性，避免传统算法的缺点，本文通过将频谱感知问题建模为突变检测问题，来检测主用户信号的“出现”或者“消失”这一变化。本文通过使用现存的最快序贯检测模型，对检测算法的准确率和检测延迟分别赋予一定代价，并构造出一个综合的代价函数，用来作为优化算法的目标和衡量算法的标准。本文具体研究了能量检测中的最快检测算法，分别考虑了当主用户功率确定和不确定时，对其信号的出现以及消失进行检测的问题。通过理论分析和计算机仿真可以看出，最快检测算法可以在保持检测准确率达到预定要求的前提下最小化检测时间，从而改善了检测算法的有效性。本文的研究结果也为频谱感知的研究开辟出一个新的研究方向。
　　 全文共分五章，主要内容安排如下：
　　 第一章对认知无线电技术的发展进行了概述。
　　 第二章主要介绍了序贯检测，它是最快检测算法的基础。
　　 第三章分别介绍了贝叶斯最快检测和非贝叶斯最快检测。
　　 第四章主要介绍了如何利用最快检测算法对主用户信号进行能量检测。并且给出了具体算法以及仿真结果。
　　 第五章为总结与展望。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 认知无线电简介

1.3 认知无线电的发展历程

1.3.1 认知无线电发展概述

1.3.2 认知无线电发展的主要事件

1.4 认知无线电技术发展现状

1.5 本文主要研究内容及成果

第二章 序贯检测(Sequential Detection)

2.1 序贯概率检测(SPRT，Sequential Probability Ratio Test)

2.1.1 数学模型

2.1.2 代价函数

2.1.3 最终决策规则(terminal decision rules)δ的最优取法

2.1.4 停时T的最优取法

2.1.5 SPRT算法的性能

第三章 最快检测(Quickest Detection)

3.1 最快检测概述

3.2 贝叶斯最快检测(Bayesian Quickest Detection)

3.2.1 数学模型与代价函数

3.2.2 停时T的最优取法

3.3 非贝叶斯最快检测(Non—Bayesian Quickest Detection)

3.3.1 数学模型与代价函数

3.3.2 累积和CUSUM算法(CUSUM Test)

3.3.3 CUSUM算法的最优性

第四章 基于突变检测的能量检测算法

4.1 一般能量检测算法的缺点

4.2 主用户信号最快检测模型

4.3 主用户信号最快检测算法

4.3.1 接收功率P已知的最快检测

4.3.2 接收功率P未知的最快检测

第五章 总结和展望

5.1 论文工作总结

5.2 后续工作展望

参考文献

致 谢

作者攻读学位期间参加的科研项目与发表的学术论文