收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

脉冲噪声下认知节点的频谱感知与信号接收方法研究

许恩玮  
【摘要】:随着智能电网、车联网、物联网等概念的提出与发展,人类社会正在向信息化、数字化的发展方向高歌猛进。而能够收集、传输数据的无线传感器网络作为智能网络中不可或缺的一部分,其应用的场景日益广泛、规模与日俱增,同时其服务质量与带宽的需求急剧增长。这种局面导致无线通信中频谱资源稀缺的严重性日益显著,极大地限制了无线传感器网络的实际部署。因此,研究人员逐渐将注意力集中在可以高效、智能地利用频谱资源的新型通信网络模式上。认知无线电(Cognitive Radio,CR)技术旨在令非授权设备具备准确感知授权用户频谱使用情况,机会性利用授权用户的频谱传输数据的能力,具有十分广阔的应用前景。结合认知无线电技术建立认知传感器网络,自然成为了解决无线传感器网络频谱不足问题的一种有效方案。认知传感器网络的诞生无疑为数字化城市建设提供了保障,这同时意味着网络的应用场景中通常存在着人类活动。频繁的车辆打火、电力线传输、开关通断等等人为产生的电磁脉冲,使得认知传感器网络的环境噪声常常具有脉冲特性,基于高斯白噪声信道假设研究与建立的通信设备在此场景下的性能会严重恶化。因此,本文以更符合实际情况的Middleton A类噪声模型代替传统的AWGN信道噪声模型,模拟存在脉冲干扰的真实环境,并在此模型下从发送与接收两方面对脉冲噪声下的认知传感器节点的频谱感知、信号接收问题进行了深入研究,旨在为其寻求合理的频谱感知、信号接收方法与策略,以抵抗脉冲噪声带来的影响,从而提高节点间数据传输的有效性与可靠性。针对认知传感器网络建立通信链路需要机会性占用频谱的问题,本文对脉冲噪声下的频谱感知问题进行了研究。首先,本文分析了传统基于能量检测的频谱感知方法在Middleton A类噪声下的性能,推导出此模型下的检测概率与虚警概率的解析表达式,并建立噪声参数不确定性模型,分析噪声参数不确定性对能量检测器性能的影响,随后证明了影响检测性能的主要因素为噪声功率的波动性;其次,提出了基于分数低阶矩(Fractional Lower Order Moments,FLOM)的频谱感知方法,该方法相比于能量检测器在感知性能上有大幅提升;继而,针对FLOM检测器中依然存在的噪声功率波动会影响感知性能的问题,提出了带噪声功率估计的NPE-FLOM感知算法,并给出其检测概率与虚警概率的解析表达式;最后,通过仿真分析验证了本文提出方法的优越性能。另一方面,节点进行频谱感知的最终目的是为了找到频谱发送数据,吞吐量越大越好。分配帧内时隙用于频谱感知须以节点吞吐量最大化为目标。然而,传感器节点为保证对环境的适应性,往往由电池供电,出于对节点工作持续性的考虑,多数研究假设节点具备射频能量收集的能力。能量收集过程为节点提供能量补偿的同时也会占用帧内时间,这无疑令时隙分配问题更加复杂。因此针对能量收集时长、频谱感知时长均与节点吞吐量存在折中的问题,在之前的频谱感知方法的研究基础之上,本文以最大化节点吞吐量为目标,对认知传感器节点的帧结构进行优化。首先,建立时间切换的帧结构模型;其次,根据节点是否具备固定电源,本文将能量收集所得能量的供给分为补偿供给和完全供给两种模式,并建立了节点平均吞吐量模型,随后推导出Middleton A类噪声信道的容量,以及每种模式下的节点平均吞吐量表达式;继而,对于如何分配各功能时段,本文以最大化节点平均吞吐量为目标,在充分保护主要用户通信的前提下,建立联合优化模型对各功能时段进行最优分配;最后,通过仿真验证了本文的优化方法的合理性,并分析了能量收集率、主用户信号信噪比等参数对分配结果及节点最大平均吞吐量的影响。最后,从接收的角度,针对Middleton A类噪声下认知节点的信号接收问题进行研究。本文首先分析了传统最优接收机在脉冲干扰下的性能,推导出其误码率表达式,得出传统最优接收机在Middleton A类噪声下性能恶化严重的结论;其次,由于Middleton A类噪声下的最优接收机无法实现,提出了基于分数低阶矩的信号检测方法,并推导出该接收机的误码率表达式;随后,针对噪声参数不确定会引起接收机性能恶化的问题,本文又提出了基于分数次幂的信号检测方法,并给出其误码率的近似表达式;最后,通过仿真验证了上述两种方法的优越性能。本文的研究内容从具体实施的角度针对认知无线电应用过程中必然面临的难点提供了可参考的解决方案。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前15条
1 姚永国;聂增丽;;基于频谱决策的序列式协作频谱感知研究[J];通信技术;2019年10期
2 徐偲;卢光跃;叶迎晖;弥寅;;基于卡方检验的多天线认知无线网络协作频谱感知算法[J];高技术通讯;2016年07期
3 郭超;张政保;姚少林;刘广凯;;软合并协作频谱感知中吞吐量的优化[J];探测与控制学报;2017年02期
4 苗兵梅;王亚芳;李岩;蔡畅;;基于能量检测的2次协作频谱感知[J];通信技术;2017年08期
5 贾晓芳;;浅析短波通信中频谱感知技术的应用[J];科技风;2016年10期
6 饶伟;;频谱感知技术在短波通信中的运用研究[J];科技展望;2016年25期
7 李美玲;王安红;;一种自适应的协作频谱感知方法[J];太原科技大学学报;2015年01期
8 刘丽丽;;认知无线电中的频谱感知技术研究[J];通讯世界;2015年11期
9 马晓晓;;认知无线电频谱感知技术综述[J];信息通信;2015年07期
10 唐菁敏;曹操;张晓颍;马社方;;最大化能量效率的协作频谱感知优化算法[J];通信技术;2015年08期
11 李美玲;;优化的最佳中继协作频谱感知[J];信号处理;2015年07期
12 徐谡钦;徐以涛;罗康;王阵;马云峰;;认知无线电频谱感知安全的威胁与防御[J];军事通信技术;2014年02期
13 郭莉莉;陈永红;张士兵;;基于中继的协作频谱感知[J];通信技术;2014年06期
14 刘舒祺;苗苗;;基于中继的协作频谱感知性能的研究[J];通信技术;2013年02期
15 李美玲;;基于中继的协作频谱感知性能分析及优化[J];通信学报;2013年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 岳文静;郑宝玉;;一种基于信道可靠性的协作频谱感知算法[A];2009年通信理论与信号处理学术年会论文集[C];2009年
2 张冰玉;郑宝玉;岳文静;;一种基于串行网络的协作频谱感知方案[A];2010年通信理论与信号处理学术年会论文集[C];2010年
3 王翊;胡艳军;唐希雯;;一种改进的基于多阈值的协作频谱感知方法[A];2011年通信与信息技术新进展——第八届中国通信学会学术年会论文集[C];2011年
4 郝博雅;周辉;孙斌;;基于权值的合作频谱感知算法[A];第六届全国信号和智能信息处理与应用学术会议论文集[C];2012年
5 冯子木;漆春梅;王军;李乐民;;协同频谱感知算法综述[A];2008年中国西部青年通信学术会议论文集[C];2008年
6 朱军龙;邵玉斌;李静叶;谢萍;;认知无线电中合作频谱感知的性能优化[A];2009年研究生学术交流会通信与信息技术论文集[C];2009年
7 孙士秀;朱卫平;孟庆民;;一种基于OFDM的频谱感知与数据传输设计[A];2010年通信理论与信号处理学术年会论文集[C];2010年
8 王小雪;;当频谱感知遇上机器学习[A];北京造船工程学会2016-2017年学术论文集[C];2018年
9 董洁;陈岩;;认知无线电中的频谱感知技术[A];第二十届全国电磁兼容学术会议论文集[C];2010年
10 熊天意;李赞;齐佩汉;胡伟龙;;基于亚奈奎斯特采样的宽带频谱感知预判决算法[A];第十九届中国科协年会——分9“互联网+”:传统产业变革新动能论坛论文集[C];2017年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴俊;协作频谱感知安全策略的研究[D];东南大学;2018年
2 刘长剑;基于亚奈奎斯特采样的宽带信号频谱感知技术研究[D];电子科技大学;2019年
3 孙大飞;认知无线网络频谱感知策略研究[D];东南大学;2018年
4 许恩玮;脉冲噪声下认知节点的频谱感知与信号接收方法研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
5 王雪;星地混合通信系统宽带频谱感知方法[D];哈尔滨工业大学;2018年
6 刘伯阳;认知无线电网络中基于HMM的频谱感知技术研究[D];西安电子科技大学;2016年
7 倪水平;基于对抗模式的认知无线电频谱感知与分配技术研究[D];北京邮电大学;2018年
8 李洋;基于声望和重叠式联盟博弈的频谱感知和分配研究[D];天津大学;2018年
9 刘霞;认知车联网频谱感知技术研究[D];北京邮电大学;2019年
10 穆俊生;基于噪声不确定性和感知策略优化的频谱感知技术研究[D];北京邮电大学;2019年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 狄路杰;基于机器学习的认知无线电频谱感知技术研究[D];电子科技大学;2019年
2 韩仕鹏;基于AD9361的频谱感知实现[D];杭州电子科技大学;2019年
3 史姣姣;频谱感知中的智能可视化系统设计[D];杭州电子科技大学;2019年
4 李维铭;雷达形变仪的关键技术研究[D];电子科技大学;2019年
5 孟得月;认知无线传感器网络中的频谱感知和MAC协议的研究[D];重庆邮电大学;2018年
6 张劲;基于用户选择的协作频谱感知研究[D];重庆邮电大学;2018年
7 齐嘉杰;认知车联网中频谱感知技术的研究[D];华南理工大学;2019年
8 王莉;认知无线网络协作频谱感知算法研究[D];南通大学;2018年
9 白萍;认知无线电频谱感知抗SSDF攻击研究[D];哈尔滨工程大学;2019年
10 王森;认知通信动态频谱感知与接入问题研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2019年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978