認(rèn)知無線電系統(tǒng)中基于壓縮感知的寬帶頻譜感知技術(shù)研究.pdf

1、無線通信領(lǐng)域的迅猛發(fā)展使得可供分配的無線頻譜資源日益短缺。認(rèn)知無線電理論為解決可利用頻譜資源稀缺問題、有效提高頻譜利用率、實現(xiàn)頻譜動態(tài)分配與管理等提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。頻譜感知技術(shù)是認(rèn)知無線電的首要任務(wù)，只有迅速、準(zhǔn)確、可靠地探測到頻譜空穴，才能進(jìn)行頻率資源的有效再分配，完成后續(xù)通信環(huán)節(jié)。隨著人們對無線業(yè)務(wù)需求量的與日俱增，移動通信趨于寬帶化，越來越高的采樣率和有限的處理速度成為限制寬帶頻譜感知理論發(fā)展的瓶頸。壓縮感知理論將高維稀疏信

2、號投影到低維空間進(jìn)行存儲、處理與傳輸，為寬帶頻譜感知技術(shù)中的高速采樣和處理難題提供了一種有效解決方案。本文基于上述背景展開研究工作，探索基于壓縮感知理論的寬帶頻譜感知新技術(shù)。本文的主要工作和創(chuàng)新點如下：
　?。?）利用分布式壓縮感知實現(xiàn)寬帶頻譜感知，提出基于差分信號分布式壓縮感知（DS-DCS）的加權(quán)寬帶頻譜感知算法。該算法針對寬帶頻譜采樣率高的問題，利用壓縮感知技術(shù)降低采樣率，同時引入差分處理方法降低計算復(fù)雜度；又針對單點檢測帶

3、來的深衰落、隱節(jié)點以及抗噪聲能力差等問題，采用分布式感知系統(tǒng)進(jìn)行多節(jié)點協(xié)同檢測并利用信噪比的估計對信號進(jìn)行加權(quán)處理。仿真證明，該算法能有效降低各節(jié)點采樣率，大幅提高系統(tǒng)檢測概率，顯著改善系統(tǒng)對噪聲的魯棒性。
　?。?）基于上述DS-DCS加權(quán)寬帶頻譜感知算法，提出了一種基于優(yōu)選方法的寬帶頻譜感知新算法。引入分布式壓縮感知理論以及差分信號處理方式來降低信號采樣率，提高檢測靈敏度。在融合中心，設(shè)計J選C選優(yōu)算法，并且從實際出發(fā)，加入信

4、噪比估計誤差，利用可信度因子乘以估計信噪比得到可信信噪比，改善由于估計誤差導(dǎo)致的檢測性能下降，從 J個 CR次用戶中選取C個可信信噪比最大的參與協(xié)作頻譜感知，最后利用SCSMP算法進(jìn)行聯(lián)合重構(gòu)。實驗結(jié)果表明，基于優(yōu)選方法的寬帶頻譜感知新算法不僅加入信噪比估計誤差，更接近實際場景，而且優(yōu)選算法還進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的感知性能，顯著加強(qiáng)了系統(tǒng)的抗噪能力，同時還有效縮短了頻譜感知算法的平均檢測時間，滿足系統(tǒng)的實時性要求。
　?。?）針對壓縮

5、感知雖然降低了采樣率，但是重構(gòu)算法復(fù)雜的缺點，通過支持向量機(jī)建立頻譜感知分類器，取代頻譜檢測過程中的信號重構(gòu)過程。同時提出了基于 SVM的多級二元分類器頻譜檢測算法，以及基于 SVM的單級多元分類器頻譜檢測算法兩種算法來滿足感知系統(tǒng)對實時性的不同要求。當(dāng)前大部分基于 CS的寬帶頻譜感知算法都需要進(jìn)行信號重構(gòu)，這兩種算法通過 SVM建立分類器避免了重構(gòu)過程帶來的計算成本和感知時延。實驗仿真表明：相較于基于信號重構(gòu)的寬帶頻譜感知算法，以上兩