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认知无线电中的合作频谱感知技术研究

赵平平  
【摘要】: 目前,无线局域网络(WLAN)技术、无线个域网络(WPAN)技术、无线城域网络(WMAN)技术等无线通信业务的高速发展使频谱资源的紧缺成为限制无线通信和业务应用持续健康发展的瓶颈,认知无线电作为一种新兴的技术,能够在不影响授权频段正常通信的基础上,通过智能地感知周围无线环境,使具有认知功能的无线通信设备按照某种“机会方式”,接入到未被使用或轻微使用的授权的频段内,动态地利用频谱,提高通信系统的容量和频谱利用率,缓解频谱资源缺乏与无线接入需求日益增长之间的矛盾,从而现已成为无线通信领域的研究热点。频谱感知检测技术作为认知无线电的关键技术,是决定认知无线电能否实现的关键。 本文首先回顾了认知无线电的定义,相关概念,确立了本文选题的理论依据。 其次分类别地阐述了认知无线电中现有的频谱感知技术算法,主要包括本地检测中的匹配滤波器检测、能量检测、循环平稳特征检测;多节点检测中的“与”逻辑合并、“或”逻辑合并、“K”秩。 当用户受严重多径、阴影衰落等因素的影响时,本地检测结果就会大打折扣。因此,我们采用合作频谱感知来快速、准确地检测主用户的出现。本文中我们采用G. Ganesan和Y.G. Li提出的合作方案:位于同一频段的两个认知用户U1和U 2以TDMA模式工作,当U 2接收到的主用户的信号功率比U1接收到的信号功率大时,U 1在AF协议下选择U 2作为中继用户以改善它自身的检测性能。但是,已有文献中用于性能分析所采用的数字模型中忽略了一些影响检测性能的重要参数。我们首先采用了能准确描述合作频谱感知的新数字模型,并且通过论证和大量的仿真很好证明了模型的可行性。然后我们利用新模型对感测性能进行分析,得到了一些新的结论并做出详细解释。我们发现,感测性能的改善与主用户与认知用户之间的信道路径损耗指数之比α2 /α1的值非常敏感。同时,感测性能随主用户PU和认知用户U1所在直线与主用户PU和认知用户U 2所在直线的夹角φ的增长而降低的特点也要受到α2 /α1取值的影响。此外,发射功率变化对感测性能的影响也与α2 /α1有关,并且当认知用户的功率远小于主用户PU的功率的时候,U 1的合作增益可以忽略。另外,认知用户的传输功率随距离的增长衰减比主用户快时, U1也很难获得合作增益。


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