認(rèn)知無線電中合作頻譜感知方法研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)及其應(yīng)用業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，使得適合于無線通信的頻譜資源變得日益緊張，這已成為制約無線通信技術(shù)發(fā)展的瓶頸，而認(rèn)知無線電技術(shù)是解決這個問題的最佳方案。頻譜感知使得認(rèn)知無線電具有檢測、學(xué)習(xí)及感知各種無線電磁參數(shù)的能力，是認(rèn)知無線電技術(shù)能否實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用的前提與基礎(chǔ)，是認(rèn)知無線電技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　 本文正是以認(rèn)知無線電技術(shù)為背景，重點(diǎn)對中心式的合作頻譜感知算法進(jìn)行了研究。在對傳統(tǒng)頻譜感知算法深入研究的基礎(chǔ)上，針對它

2、們的某些缺點(diǎn)，借助數(shù)學(xué)上的合作博弈理論以及隨機(jī)矩陣?yán)碚摰裙ぞ邔π碌暮献黝l譜感知技術(shù)展開了研究，并取得了一些研究成果。其主要研究成果如下：
　　 (1)根據(jù)漸進(jìn)譜理論中有關(guān)隨機(jī)矩陣最大特征的統(tǒng)計(jì)特性，提出了一種基于雙特征值判決門限的合作頻譜感知算法。
　　 利用多個認(rèn)知用戶接收到的主用戶發(fā)射機(jī)信號產(chǎn)生一個采樣協(xié)方差矩陣，該協(xié)方差矩陣包含了主用戶信號源的相關(guān)信息。在主用戶發(fā)射機(jī)信號存在與不存在兩種假設(shè)條件下，依據(jù)漸近譜理論推

3、出這兩種假設(shè)情況下采樣協(xié)方差矩陣的最大特征值，并以這兩個最大特征值作為判決門限，實(shí)現(xiàn)對某段頻譜內(nèi)是否存在主用戶發(fā)射機(jī)信號做出判決。
　　 (2)針對基于最大特征值的頻譜感知算法對噪聲敏感的缺點(diǎn)，提出了一種基于最大特征值與平均能量比值的合作頻譜感知算法。
　　 該算法將認(rèn)知用戶接收信號協(xié)方差矩陣的最大特征值與接收信號的平均能量的比值作為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，并由采樣協(xié)方差矩陣的最大特征值的極限、平均能量分布特性以及虛警概率求得判決門

4、限，該判決門限與噪聲沒有任何關(guān)系且無需任何有關(guān)主用戶發(fā)射機(jī)信號的先驗(yàn)知識。該算法克服了基于最大特征值的頻譜感知算法對噪聲敏感的缺點(diǎn)，進(jìn)一步提高了整個系統(tǒng)的感知性能及其可靠性。
　　 (3)構(gòu)建了一種合作頻譜感知博弈模型，并在此基礎(chǔ)上提出了一種基于一般化納什談判解策略的合作頻譜感知新方法。
　　 在有中心節(jié)點(diǎn)的多認(rèn)知用戶合作頻譜感知場景中，由于每一認(rèn)知用戶所處的空間位置以及無線電磁環(huán)境的不同，使得每個認(rèn)知用戶接收機(jī)的信噪比

5、及判決門限均不相同。因此，每一認(rèn)知用戶在數(shù)據(jù)融合時(shí)將具有不同的感知貢獻(xiàn)和權(quán)重?；谝陨鲜聦?shí)，本方法利用合作博弈論中的一般化納什談判解策略，構(gòu)造出較符合實(shí)際情況的兩認(rèn)知用戶合作感知的納什談判解。采用感知可信度來表征距離及信道參數(shù)等對感知可靠性的影響，并通過最優(yōu)化方法求得兩認(rèn)知用戶合作感知情形下，每個認(rèn)知用戶在感知結(jié)果中所占的權(quán)重，進(jìn)而求出此情形下的合作頻譜感知性能。對于多認(rèn)知用戶的情況，先采用指派分組算法將多認(rèn)知用戶分成兩倆一組，然后同樣

6、利用一般化納什談判解策略求出每一組的合作感知性能。最后求出整個系統(tǒng)的感知性能。
　　 (4)根據(jù)認(rèn)知無線電中授權(quán)頻譜被占用情況的統(tǒng)計(jì)On-Off模型，提出了一種基于貝葉斯判決規(guī)則的異步合作頻譜感知算法。
　　 該算法考慮到主用戶行為會對認(rèn)知用戶的檢測性能產(chǎn)生影響，以及在實(shí)際的合作頻譜感知環(huán)境中，每個認(rèn)知用戶感知信息的獲取時(shí)間不盡相同，而且各個認(rèn)知用戶將感知信息傳送給融合中心的時(shí)間也不可能同步。本算法將每個認(rèn)知用戶在不同時(shí)