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1、word基于合作频谱检测的用户选择方法研究摘 要伴随着无线电通信技术和通信行业的迅猛开展，频谱资源也被变得越来越匮乏。近年来，人们找到了一种解决频谱资源匮乏的有效方法认知无线电Cognitive Radio，CR技术1，频谱感知被认为是认知无线电中关键技术之一。 针对认知经典频谱检测算法存在不同程度的缺陷问题，合作频谱检测技术应运而生。一般采用的融合准如此主要为OR 准如此和AND 准如此。本文通过分析低信噪下的传统合作频谱检测性能，指出全部CR用户都参与合作的局限性，然后提出选择较高信噪比的CR用户参与合作。进而，提出了较优用户选择的方法，并通过仿真实验确立了最优的门限阈值。此方法与传统的合
2、作频谱检测算法比拟，性能有很显著的提高。关键词 最优门限阈值；认知无线电；较优用户选择；频谱感知Research on the selection method of cooperative spectrum sensing based on userAbstractWith the rapid development of wireless munication technology and munications industry, is being more and more scarce spectrum resources. , in recent years,we find a e
3、ffective way to solve the frequency spectrum resource scarcity,we called it Cognitive Radio technology 1 .Spectrum sensing is regarded as one of key technologies in cognitive radio.Aiming at different levels of cognitive classic spectrum detection algorithm defects, cooperative spectrum detection te
4、chnology is appear. The fusion rule is mainly for general OR criteria AND the AND standards. In this article, through analysis of traditional cooperative spectrum detection performance under the low SNR, points out that all the limitations of CR users around the world to cooperate, then put forward
5、to choose higher SNR of CR users to participate in the cooperation. And then, put forward a better users choice of method, and through simulation experiment established the best threshold . This method is pared with the traditional cooperative algorithm, significantly improve performance.Keywords A
6、better user choice; Cognitive radio; Spectrum perception; / 目 录第1章 绪论41.1 认知无线电技术41.2 频谱检测技术41.3 合作频谱检测技术5第2章 单用户频谱检测技术62.1 认知无线电中频谱检测方法62.1.1 循环平稳检测62.1.2 能量检测72.1.3 匹配滤波器检测82.2 单用户检测的不足8第3章 合作频谱检测技术93.1 引言93.2 分布式合作频谱检测93.3 协作分集式合作频谱检测143.3.1 信道模型153.3.2 约束性合作方案153.3.3 非约束性合作方案173.4 分布式合作与协作分集式合作的
7、性能比拟与总结18第四章 较优CR 用户合作频谱感知技术194.1 信噪比对合作频谱感知性能的影响194.2 较低信噪比下合作检测性能分析214.3 较优用户合作频谱感知244.3.1 参与合作的CR用户选择244.3.2 最优阈值的获取27结 论29致 谢30参 考 文 献31附录X 译文33感知能力有限的认知无线电系统中的合作频谱感知33附录Y 外文原文46附录Z 程序46第1章 绪论1.1 认知无线电技术认知无线电2的根本思想理念是一个无线装置：与认知功能按照一定的“机会方式来访问授权频段，并动态地利用近年来频谱新技术的迅猛开展,让频谱的利用率得到了提高。1.2 频谱检测技术在认知无线电
8、的实施的第一步是检测在无线环境中的频谱空洞，却发现频谱空穴进一步讨论如何有效地利用它们来提高频谱利用率。因此频谱检测技术4被认为是研究认知无线电的根底。图1-1是根据研究频谱检测技术的主要分类。我们也把单节点频谱检测称为是本地频谱检测，又分为基于主用户发射机检测和基于主用户接收机检测。合作频谱感知技术，用两种方法实现了合作检测，分别为集中式和分散式。 频谱检测 合作检测 发射机检测 接收机检测集中式 分散式 匹配滤波器 能量检测 循环平稳过程特征图1-1 频谱检测技术的分类1.3 合作频谱检测技术 如图1-2采用如果采用合作频谱检测5，因为CR 用户2 是能够可靠的检测到授权用户是否存在，所以
9、可以令CR 用户2 与其他的CR 用户合作，虽然仍会况，即其他CR 用户可以通过某种手段获取CR 用户2 当前对频谱使用情况的判断信息，这样其他CR 用户即使在阴影效应或“隐终端的不利情况下，同样能够完成对授权用户频谱使用情况的可靠判断。 目前，基于合作的频谱检测主要分为两类： 分布式合作频谱检测：在该系统模型中，在CR 通信系统中建设CR 基站作为融合中心，将CR 基站所覆盖X围内的CR 用户作出的本地频谱检测结果上报给融合中心，融合中心再通过某一融合准如此判决授权用户对该频谱的使用情况。 协作分集式合作频谱检测：在该系统模型中，不用设立CR 基站，而是各个参于合作的CR 用户之间互相传递自
10、身的本地频谱检测信息，综合其他CR 用户的检测信息，作出最终的判决。图1-2 本地单用户检测第2章 单用户频谱检测技术2.1 认知无线电中频谱检测方法认知无线电网络的核心技术频谱检测技术，对认知无线网络有着重要的意义，其本质是CR用户在对主用户没有任何干扰的前提下，在频带内搜集各类信息，寻找频谱“空洞的过程。基于能量检测的频谱感知算法预先不需要知道主用户信号的任何特征情况，而且计算复杂度非常低，易于实现。2.1.1 循环平稳检测一般情况下，随机过程的均值和自相关函数都存相关的内在周期性，导致无线通信信号所涉与的数据速率、载波频率、循环前缀、调制方式与调频序列等都具有一定的的周期性。模/数N点快
11、速傅里叶变换计算相关函数周期T内平均特征检测 图2-1 基于循环平稳检测的原理图一方面，用于随机信号检测的循环平稳特性有一定的背景噪声或调制等调制信号环境的具体类型，基于功率谱密度和自相关函数检测。另一方面，循环平稳信号展示了频谱分量之间的相关性。尽管相对平稳检测，检测精度高，并能区分不同的主用户信号在一定程度上，但其计算复杂度比传统的能量检测很多，从而在一定程度上限制了循环平稳检测使用。2.1.2 能量检测能量检测是最根本的频谱检测方法，属于非相干检测，其核心思想是依据接收信号能量或功率大小来确定该信号的存在与否，如下图2-2是能量检测的根本原理框图，CR用户首先将接收到的信号通过带通滤波器
12、，得到的信号被检测到的信号，然后通过装置的平方率，得到信号功率估计；然后估计功率在一个固定的周期信号的积分，得到信号的能量统计，最后得到的能源统计和决策阈值比拟，大于阈值，主用户正在使用该频段；小于阈值，该频段未被主用户使用。输入VKVKH0H1带通滤波器W图2-2 能量检测的根本原理框图认知用户接收信号的二元假设检测模型表示为： (2-1)检测性能可以通过检测概率和虚警概率这两个概率来衡量。是指在检测频段中出现主用户被正确检测到的概率。是指在检测频段内即便没有出现主用户，但能量检测器也会认为主用户存在有一定的概率，即虚警概率。 2-2虽然能量检测法很简单，也不需要被检测信号任何的先验知识，但
13、能量检测法门限的设置非常困难。2.1.3 匹配滤波器检测在通常情况下，调制信号在某种情况下具有周期性，周期性与它的均值，自相关等有关。 除了上述两种常用的检测方法外，还有其它检测方法，例如：匹配滤波器检测、多精度频谱检测、孤立点检测等等。感知方法优点缺点能量检测不需要先验信息，非常简单耗时短，精度不高。周期平稳特征检测低信噪比检测能力强，可以区分噪声和信号类型运算量大。匹配滤波器检测低功耗、实时、检测概率高计算复杂度很高，实施所需的观测时间比拟长。孤立点检测很好的控制虚警概率计算时间长，计算复杂。表2-3 频谱感知算法的优缺点比照2.2 单用户检测的不足由于单用户本地检测很大的局限性，单用户将
14、无法满足无线通信系统对检测性能的高质量要求，合作频谱检测技术应运而生。第3章 合作频谱检测技术3.1 引言合作频谱检测5是在单用户频谱检测的根底上提出的，目的是为了解决单用户频谱检测中的隐藏终端，无线通信系统对检测性能的高质量、高效率要求等问题。基于合作的频谱检测方法主要分为两类： 分布式合作频谱检测：在该系统模型中，在CR 通信系统中建设CR 基站作为融合中心，将CR 基站所覆盖X围内的CR 用户作出的本地频谱检测结果上报给融合中心，融合中心再通过某一融合准如此判决授权用户对该频谱的使用情况。 协作分集式合作频谱检测：在该系统模型中，不用设立CR 基站，而是各个参于合作的CR 用户之间互相传
15、递自身的本地频谱检测信息，综合其他CR 用户的检测信息，作出最终的判决。同时，也对两种合作频谱检测方法做了性能比拟。3.2 分布式合作频谱检测这里所说的合作通常是指网络内的全部CR用户都参与的合作。在分布式多用户合作检测中，每个CR 用户独立的进展频谱感知，然后再将感知信息汇报给融合中心。分布式合作频谱感知是指各个CR 用户直接把所接收到的频谱信息发送给CR 基站或称作融合中心，通过CR 基站事先规定的融合准如此做出相应的判决，再广播可用的频谱信息。但是，由于所涉与的CR 用户较多，因此在这种方式下，CR 用户需要向CR基站上报的数据量会很大，所需要占用的通信带宽也会很大，那么用于处理如此庞大信息的时间也相应会很长
