基于熵測度理論的高效頻譜利用關鍵技術研究.pdf

1、隨著無線通信技術和市場的飛速發(fā)展和擴大,通信服務追求的高數(shù)據(jù)速率和大覆蓋范圍與現(xiàn)有頻譜資源日益緊缺的矛盾越來越突出,造成頻譜擁擠和重疊的現(xiàn)象愈發(fā)嚴重,這種緊張的供需矛盾無論對于軍事領域還是民用領域的無線通信系統(tǒng)部署和應用都會形成嚴重的干擾、沖突,甚至通信中斷。為了有效緩解這一矛盾,眾多學者和工程技術人員對高效頻譜利用關鍵技術開展了深入的研究。目前的研究主要集中于兩個方面,一方面在現(xiàn)有固定頻譜分配策略下,盡可能的提高單位頻帶的系統(tǒng)傳輸性能

2、；另一方面基于認知無線電思想,在準確感知無線環(huán)境的基礎上,動態(tài)的接入空閑頻譜資源。但是由于無線頻譜的復雜性,這些研究都面臨著諸多有待解決的問題。因此,如何利用好現(xiàn)有交叉學科理論工具,進一步推動高效頻譜利用關鍵技術研究成為一項重要的研究課題。
　　 熵作為一種系統(tǒng)無序能和不確定性的測度,目前已經(jīng)應用于廣闊的科學研究領域,基于熵的序列復雜度測度理論能夠通過序貫數(shù)據(jù)序列的統(tǒng)計,測度出隱含在序列背后的系統(tǒng)不確定度,或者復雜程度,有效揭示

3、系統(tǒng)的本質(zhì)特性和規(guī)律。因此,作為一種有效的測度理論,其能夠應用于高效頻譜利用關鍵技術的眾多方面,特別是在頻譜資源使用安全性分析,認知無線電頻譜感知算法以及動態(tài)頻譜接入等領域有更加廣闊的研究空間。本文基于熵測度理論對高效頻譜利用關鍵技術開展了研究,主要工作為:
　　 首先,研究和介紹了應用于高效頻譜利用關鍵技術的熵測度理論基礎,提出了新的熵概念和測度方法。針對現(xiàn)有熵測度理論中存在的不足和局限性,研究了基于模糊熵(FuzzyEn)的

4、序列復雜度測度,推導了其具有的兩個基本定理。在此基礎上,進一步給出了模糊關系熵(F-REn)的定義,分析和研究了F-REn的測度內(nèi)涵和基本性質(zhì)。在對序列符號空間的適用性、對測量維度參數(shù)的敏感性、對分辨率參數(shù)的魯棒性和對采樣點數(shù)的依賴性方面,FuzzyEn和F-REn具有更加優(yōu)越的性能。
　　 之后,提出和討論了跳頻/擴頻(FH/SS)序列安全性能分析的熵測度新方法。將模糊隸屬函數(shù)的概念引入到FH/SS序列復雜度的統(tǒng)計學測度方法之

5、中,構建了基于FH/SS序列復雜度測度的模糊隸屬函數(shù),給出了模糊近似熵(Fuzzy ApproximateEntropy,F-AEn)定義,推導了其具有的兩個基本定理,并將其作為FH/SS序列復雜度測度的新標準,有效克服了基于近似熵(ApEn)的FH/SS序列復雜度分析方法的局限性,提高了FH/SS序列安全性能分析的準確性和實用性。
　　 進而,提出和分析了基于非均勻量化條件下的頻域熵檢測方案。針對噪聲不確定度對能量檢測結果存在

6、較大影響的問題,分析了時域熵和均勻量化頻域熵的檢測有效性問題。并在此基礎上,利用離散最大熵定理,證明了在非均勻量化條件下,頻域熵的檢測最優(yōu)性。與均勻量化條件下的頻域熵檢測方案相比,該算法有效的提高了檢測性能,并且在檢測中同樣不受噪聲不確定度的影響。
　　 最后,研究和探索了基于熵測度理論的認知無線電動態(tài)頻譜接入模型信道狀態(tài)參數(shù)預測和感知周期調(diào)整機制。構建了參數(shù)動態(tài)條件下的部分可觀測馬兒可夫決策過程(POMDP)動態(tài)頻譜接入模型,