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《北京邮电大学》 2011年
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认知无线电系统中的频谱感知技术研究

宋敬群  
【摘要】:近年来,迅速增长的无线业务需求使未来无线通信中的频谱资源匮乏问题日益突出。究其原因,主要是传统的静态频谱分配政策所致,并不是频谱资源本身的缺乏。为解决频谱短缺与频谱利用率低下的矛盾,必须深入探讨新的频谱资源利用方式与技术。作为-种智能的频谱共享技术,认知无线电通过感知频域、时域和空域等频谱环境,自动搜寻并利用已授权频段的空闲频谱,有效地提高了频谱资源的使用效率。频谱感知技术是其可以正常工作的前提和保证,因此被视为认知无线电中的关键技术之一。本文针对认知无线电系统中的频谱感知技术做了深入研究,主要的创新性成果如下: (1)针对本地检测算法进行研究,提出了一种增强型的能量检测算法。该算法将接收信号幅度模值的平方替换为任意正数次方,可以视为对传统能量检测算法的推广。理论推导了在高斯白噪声背景中随机信号的虚警检测概率与正确检测概率的闭式表达式,给出了该算法最佳性能时所对应的唯一乘方值的计算方法。仿真表明该算法的性能优于传统能量检测算法,尤其是在低信噪比情况下。 (2)在集中式网络架构中的协作频谱感知策略方面,首先在单授权信道场景中利用干扰分析模型以及周期式感知机制详细分析了干扰时长与有效通信时长等关键参数,并提出协作频谱感知优化问题,求解出频谱感知相关参数的最佳值,从而兼顾干扰避免和感知效率。接着将其扩展至多授权信道场景下的协作频谱感知方案,为多信道多用户场景中认知无线电系统部署协作式频谱感知给出了种解决方法。 (3)针对分布式网络架构中的协作频谱感知进行研究,提出了一种触发式数据融合方案,适用于异步协作频谱感知场景。本文提出了分布式网络架构中协作频谱感知的场景以及授权信道使用模型,通过设计相异感知结果触发机制以及似然比检验融合算法,不再需要对频谱感知算法、检测周期及观测时长进行统一的要求,从而允许认知用用户可以根据所处位置的无线环境及自身性能动态调整频谱感知相关参数。该方案与其他异步协作频谱感知算法相比,可以大大减少数据融合的计算量,而且保证了一定的协作频谱感知性能。 (4)针对MAC层频谱感知策略进行研究,提出一种自适应频谱检测周期机制及功能组成。本文首先构建频段特征库以用于储存授权频段的特征信息,然后根据自适应频谱检测周期机制由自适应频谱检测控制模块制定出检测每个授权频段的时序安排。仿真表明,该机制在损失时间比与干扰时间比方面的性能略逊于传统的周期式感知机制,但是其更大的优势在于降低了检测节点的功耗,减少了由于检测节点上报检测结果而带来的信令开销,从而提高了系统级的感知效率。该机制适用于能量受限的认知用户,具有一定实际应用价值。 (5)对2300-2400MHz频段的雷达与TD-LTE系统的共存问题进行定量分析,基于链路预算原则计算出雷达与TD-LTE系统共存所需的最小路径损耗值。这也为在2300-2400MHz频段结合TD-LTE的应用,开展认知无线电技术的应用研究提供了重要的参考价值。
【学位授予单位】:北京邮电大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN925

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【参考文献】
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【共引文献】
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