基于壓縮感知的認(rèn)知無線電寬帶頻譜感知與子載波比特分配關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、認(rèn)知無線電(CR)中的動(dòng)態(tài)頻譜接入(DSA)技術(shù)被人們認(rèn)為是解決物理頻譜緊缺的有效方法。頻譜感知技術(shù)作為認(rèn)知無線電的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)，其感知結(jié)果的快速性和可靠性直接影響到 CR其他關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展。在頻譜感知技術(shù)中，傳統(tǒng)的窄帶頻譜感知已不能滿足無線頻譜發(fā)展需求，寬帶頻譜感知正日益成為人們的研究焦點(diǎn)。然而，基于奈奎斯特(Nyquist)采樣定理的寬帶頻譜感知對(duì)硬件提出了過高要求，使得寬帶頻譜感知技術(shù)始終無法具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。顛覆了傳統(tǒng)Ny

2、quist定理的壓縮感知(CS)理論的出現(xiàn)，使得寬帶頻譜感知具有了實(shí)際推廣意義。論文主要研究了基于 CS理論的多用戶協(xié)作寬帶壓縮頻譜感知算法，并在此基礎(chǔ)上，研究了次級(jí)用戶(SU)如何有效利用感知的頻譜空洞問題，即多個(gè)認(rèn)知用戶對(duì)系統(tǒng)資源(子載波、功率和比特)在不同準(zhǔn)則下的聯(lián)合優(yōu)化分配問題。論文具體工作如下：
　　首先，全面介紹了論文的研究背景及意義。一方面，對(duì)CS理論框架以及基于CS理論的認(rèn)知無線電寬帶頻譜感知技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)

3、行了闡述。另一方面，對(duì)認(rèn)知無線電子載波比特分配技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀也一并作了闡述。
　　其次，論文從信號(hào)稀疏變換、觀測(cè)矩陣設(shè)計(jì)和重構(gòu)算法設(shè)計(jì)三方面全面闡述了CS理論框架的主要內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上，介紹了分布式壓縮感知(DCS)理論及其研究現(xiàn)狀，并著重指出了DCS理論在多用戶協(xié)作寬帶頻譜感知技術(shù)和認(rèn)知無線電資源分配技術(shù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀。
　　再次，論文簡單介紹了CR中傳統(tǒng)單用戶和多用戶頻譜感知算法，在此基礎(chǔ)上，針對(duì)認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)具有的分

4、布式特點(diǎn)，構(gòu)建了基于DCS理論的分布式頻譜感知聯(lián)合稀疏模型(JSM)?；谠撃Ｐ?，本文提出了三種性能較優(yōu)的分布式寬帶壓縮頻譜感知算法，并進(jìn)行了仿真與性能分析。針對(duì)子空間追蹤(SP)算法局限于單用戶頻譜感知的情況，提出了將SP算法推廣到分布式環(huán)境的DCS-SP頻譜感知算法。對(duì)于接收端通常未知稀疏度信息這一情況，提出了分布式盲頻譜感知算法(DCS-B算法)。在DCS-B算法的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步減少不必要的計(jì)算量和為具有不同信噪比的用戶設(shè)置不

5、同的壓縮比，提出了DCS-SCJA算法。所提的DCS-B算法、DCS-SP算法以及 DCS-SCJA算法不僅豐富了寬帶壓縮頻譜感知技術(shù)，也為后續(xù)該方向的研究提供了一定的參考價(jià)值。
　　最后，論文介紹了認(rèn)知 OFDM系統(tǒng)中基于裕量自適應(yīng)(MA)準(zhǔn)則和基于速率自適應(yīng)(RA)準(zhǔn)則的兩類多用戶資源分配模型。針對(duì)不同模型具有不同優(yōu)化目標(biāo)的特點(diǎn)，論文在前人研究工作的基礎(chǔ)上，基于不同準(zhǔn)則分別提出了三種不同的資源分配改進(jìn)算法，并給出了相應(yīng)的仿真與

6、性能分析：基于 MA準(zhǔn)則，提出了基于輪回思想的子載波比特分配算法(ring算法)和基于最差用戶優(yōu)先(WUF)改進(jìn)算法(WUFW算法)；基于RA準(zhǔn)則，提出了基于最差子載波避免(WSA)的子載波功率分配改進(jìn)算法(WSAW算法)。所提三種算法是對(duì)前人工作的改進(jìn)和完善，同時(shí)，也為后續(xù)同類算法的研究提供了改進(jìn)的方向。此外，就目前CS理論在認(rèn)知OFDM資源分配問題的應(yīng)用正處于研究階段，本文嘗試并建立了基于 CS的多用戶資源分配模型，為后續(xù)的研究作了