認(rèn)知無線電頻譜感知技術(shù)性能分析及優(yōu)化.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展,人們對(duì)無線頻譜的需求急劇增加。在傳統(tǒng)的靜態(tài)頻譜管理方式中,大多數(shù)頻譜資源已經(jīng)被分配給特定的通信系統(tǒng)或用戶,很難為新的通信系統(tǒng)找到可用頻段。而另一方面,一些測(cè)量數(shù)據(jù)表明,已分配的頻譜利用率十分低下,因此頻譜資源的稀缺問題很大程度上歸因于低效的分配方式,而不僅是頻譜資源的物理稀缺。認(rèn)知無線電技術(shù)是一種具備動(dòng)態(tài)頻譜接入功能的智能無線通信系統(tǒng),能在不干擾主用戶的前提下伺機(jī)接入主用戶的頻段,提高已分配頻譜的利用率,從而

2、緩解無線頻譜資源短缺的問題。
　　 認(rèn)知無線電的關(guān)鍵技術(shù)從廣義上分為三大類,即頻譜感知、頻譜共享和頻譜資源管理。其中頻譜感知是認(rèn)知無線電技術(shù)能夠成功應(yīng)用的重要前提,其目標(biāo)是在不干擾主用戶的條件下,提供給次級(jí)用戶接入主用戶頻段的機(jī)會(huì)。本文在頻譜感知技術(shù)的性能分析和優(yōu)化方面進(jìn)行了研究,創(chuàng)新性成果如下:
　　 1.在Nakagami—m衰落信道下,分析了采用等增益合并進(jìn)行數(shù)據(jù)融合的合作檢測(cè)算法的性能。本文利用廣義馬庫(kù)姆Q函數(shù)的

3、等價(jià)表達(dá)式和一些特殊函數(shù)的積分,得到了衰落因子為任意不小于0.5的數(shù)時(shí)檢測(cè)性能的通用級(jí)數(shù)表達(dá)式。仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論分析結(jié)果的正確性,并給出一組實(shí)際中的參數(shù)設(shè)置。
　　 2.以周期頻譜感知機(jī)制為研究背景,在只有一個(gè)考察頻段的場(chǎng)景下,分別建立了采用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)融合的合作檢測(cè)、單用戶序貫檢測(cè)和多用戶合作序貫檢測(cè)三種檢測(cè)方式時(shí),認(rèn)知無線電系統(tǒng)的吞吐量?jī)?yōu)化模型。在對(duì)主用戶有充分保護(hù)的約束條件下,利用最優(yōu)化理論證明了最優(yōu)解的存在性和唯一性,并給

4、出了最優(yōu)解的搜索算法。仿真結(jié)果給出了不同仿真參數(shù)設(shè)置下的最大吞吐量及其對(duì)應(yīng)的最優(yōu)參數(shù)。從仿真結(jié)果可以看出,采用檢測(cè)速度更快的序貫檢測(cè)的認(rèn)知無線電系統(tǒng)可以達(dá)到更大的吞吐量,其代價(jià)是進(jìn)行更多次的判決。在實(shí)際應(yīng)用中,可根據(jù)具體情況選擇不同的檢測(cè)算法。
　　 3.研究了主用戶為多載波調(diào)制系統(tǒng)時(shí)認(rèn)知無線電系統(tǒng)的檢測(cè)參數(shù)設(shè)置問題。當(dāng)主用戶為多載波調(diào)制系統(tǒng)時(shí),次級(jí)用戶要先將其接收信號(hào)變換到頻域,然后在頻域上對(duì)每個(gè)子信道上的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。本文研

5、究了次級(jí)用戶分別采用單用戶檢測(cè)和基于決策融合的多用戶合作檢測(cè)時(shí),對(duì)多載波調(diào)制的主用戶系統(tǒng)的檢測(cè)參數(shù)設(shè)置問題,首先給出了檢測(cè)器模型,進(jìn)而建立吞吐量?jī)?yōu)化問題,并給出了優(yōu)化方法。仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論分析。
　　 4.當(dāng)認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中存在多個(gè)主用戶頻段時(shí),次級(jí)用戶需要依次感知每個(gè)主用戶頻段。本文提出了一種基于粒子群優(yōu)化的算法,優(yōu)化了分配給每個(gè)主用戶頻段的檢測(cè)時(shí)間,以達(dá)到系統(tǒng)吞吐量最優(yōu)。通過將該問題建模為一個(gè)約束優(yōu)化問題,并以每個(gè)主用戶頻