無線頻譜環(huán)境認(rèn)知技術(shù)研究.pdf

1、隨著通信技術(shù)的革新以及社會(huì)需求的不斷增大，無線通信在發(fā)揮著重要作用的同時(shí)，也面臨著諸多問題與矛盾。如：無線頻譜傳統(tǒng)的固定靜態(tài)分配機(jī)制與當(dāng)今無線頻譜靈活性需求的矛盾；多種通信標(biāo)準(zhǔn)下網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)化的現(xiàn)狀與接入和服務(wù)大融合需求現(xiàn)狀的矛盾；無線頻譜資源的短缺性與無線頻譜資源利用低效性的矛盾等等。
　　為解決以上的問題與矛盾，人們提出并研究了認(rèn)知無線電技術(shù)。該技術(shù)的原理是無線網(wǎng)絡(luò)中的認(rèn)知用戶可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)的頻譜環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)、分析、學(xué)習(xí)、推理和規(guī)劃，

2、在不干擾主用戶的前提下，利用相應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果重構(gòu)工作頻率、發(fā)射功率、調(diào)制方式等參數(shù)，進(jìn)而在時(shí)域、空域、頻域等多維度使用頻譜資源，提升頻譜資源的利用率。面對(duì)無線頻譜環(huán)境這個(gè)多標(biāo)準(zhǔn)、多模式、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜環(huán)境，要把認(rèn)知無線電從理論變成實(shí)現(xiàn)，就要逐一攻克無線網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境認(rèn)知、自主決策與網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等核心技術(shù)，這其中，無線頻譜環(huán)境的認(rèn)知技術(shù)是實(shí)現(xiàn)認(rèn)知無線電的重要前提和關(guān)鍵。環(huán)境認(rèn)知的任務(wù)之一是準(zhǔn)確地、實(shí)效地對(duì)頻譜環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行忙與閑的感知判斷，任務(wù)之二是

3、要為認(rèn)知用戶實(shí)現(xiàn)下一步通信傳輸提供足夠的信息支持，即進(jìn)行信號(hào)的區(qū)分和制式的識(shí)別。
　　本文深入研究了上述環(huán)境認(rèn)知環(huán)節(jié)要實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)任務(wù)，重點(diǎn)的研究創(chuàng)新集中在以下四個(gè)方面：
　　第一是針對(duì)現(xiàn)有認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)可信融合研究中融合性能與有效吞吐量之間存在矛盾的難題，提出并研究了基于雙門限能量檢測(cè)和D-S證據(jù)理論的合作頻譜感知算法。在本算法中，本地認(rèn)知用戶使用雙門限能量檢測(cè)技術(shù)，即可以保持同單門限能量檢測(cè)一樣的時(shí)效性，又可以提升檢測(cè)的可

4、靠性；融合中心使用證據(jù)理論進(jìn)行軟融合可以進(jìn)一步加強(qiáng)判決結(jié)果的準(zhǔn)確度。算法的實(shí)現(xiàn)有DIDS和DADS兩種思路，均可提升這一可信融合算法的準(zhǔn)確性和時(shí)效性，其中重點(diǎn)展開研究的DADS算法中，認(rèn)知用戶經(jīng)過雙門限能量檢測(cè)后的檢測(cè)結(jié)果被分為兩類進(jìn)行處理；對(duì)可以在本地直接進(jìn)行判別的一類，把判別結(jié)果以0和1的方式發(fā)送至融合中心；對(duì)于另外一類，即檢測(cè)數(shù)據(jù)介于兩個(gè)門限值之間，不能直接得出判別結(jié)果的，則把檢測(cè)的信任度函數(shù)發(fā)送至融合中心。融合中心先按照證據(jù)理論

5、對(duì)第二類軟信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并給出初步判決結(jié)果，再與第一類結(jié)果一起進(jìn)行最終的判別。該算法對(duì)融合中心來說，相當(dāng)于先進(jìn)行了一次節(jié)點(diǎn)選擇，從而減小了網(wǎng)絡(luò)傳輸與融合中心的計(jì)算負(fù)擔(dān)。
　　第二是針對(duì)所提出的DIDS算法和DADS算法虛警概率較高的問題，重點(diǎn)研究了設(shè)置加權(quán)系數(shù)對(duì)融合中心DC總的判決結(jié)果的性能影響，并提出了在各個(gè)CR用戶的感知結(jié)果中引入加權(quán)系數(shù)的改進(jìn)算法，從而提升了系統(tǒng)的整體性能和可靠性。仿真結(jié)果表明，相比較于單一的 D-S證據(jù)理

6、論和常規(guī)的“或”判決、“與”判決等合作感知融合準(zhǔn)則，該算法的檢測(cè)概率比其他檢測(cè)算法的檢測(cè)概率性能最大可提升30％，其接收機(jī)操作性能曲線（ROC）性能比性能較好的單一D-S證據(jù)理論提升3%。
　　第三是針對(duì)寬帶系統(tǒng)中混合信號(hào)分離的難題，提出了一種應(yīng)用于認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的混合信號(hào)分離算法，該算法的實(shí)現(xiàn)步驟是首先通過壓縮感知接收得到混合信號(hào)，然后用小波邊緣檢測(cè)對(duì)接收到的混合信號(hào)進(jìn)行邊緣檢測(cè)并得到頻率邊緣，根據(jù)所得到的頻率邊緣構(gòu)建帶通濾波器

7、，再通過盲源分離的方法，將混合信號(hào)分離。該算法中重點(diǎn)采用了壓縮感知技術(shù)、小波邊緣檢查技術(shù)和盲源分離技術(shù)。通過仿真實(shí)驗(yàn)表明，這種混合信號(hào)的分離方法可以很清晰的把簡(jiǎn)單混合信號(hào)中的主信號(hào)和干擾信號(hào)分離出來，具有較好的性能和較低的復(fù)雜度。
　　第四是針對(duì)認(rèn)知用戶非合作模式下多制式混合信號(hào)識(shí)別的難題，提出了一種以識(shí)別調(diào)制方式為核心的信號(hào)制式識(shí)別方法，仿真實(shí)驗(yàn)表明，算法可以區(qū)分出多調(diào)制混合信號(hào)的環(huán)境下四種源信號(hào)之中的三種，實(shí)現(xiàn)了針對(duì) GSM、