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1、( 此文档为 word 格式，下载后您可任意编辑修改！)编号：审定成绩：重庆邮电大学毕业设计（论文）设计（论文）题目： 认知无线电中合作频谱感知方法的研究学院名称：通信学院学生姓名：于兰兰专业 ： 广播电视工程班级 ： 0151003 班学号 ： 2010210614指导教师 ： 刘占军副教授答辩组负责人：填表时间：年月重庆邮电大学教务处制摘要随着无线通信业务的快速增长，日益增长的频谱需求与有限的频谱资源之间的矛盾已成为制约无线通信发展的主要瓶颈之一。而频谱感知是构建认知无线电系统的前提之一，所以认知无线电中合作频谱感知方法的研究就显得尤为重要，论文重点研究认知无线电中的频谱感知技术，主要内容
2、有 :本文首先介绍了认知无线电的基本概念，全面总结已有认知无线电频谱感知技术的原理、特点和性能。其次还详细的分析认知无线电的国内外研究现状及关键技术。详细阐述了频谱感知技术的研究现状和概念，并指出了目前频谱感知研究工作中受到关注的一些主要问题，围绕这些问题进行了深入研究。针对认知无线电中经典频谱感知算法（能量检测、算术几何平均、信号特征值子空间、最大特征值检测）存在不同程度缺陷的问题，为了进一步提高频谱感知算法的检测性能，提出了基于信号主分量提取的合作频谱感知算法 PCA(Principal Component Analysis)感知。该算法在认知无线电系统对于已授权用户 (Licensed
3、User, LU)信号不具备任何先验条件的应用场景下，仅利用接收信号协方差矩阵特征值及特征向量的检测器。在依据接收信号信噪比最大化的设计准则和约束条件下，能基于特征值和特征向量的、具有最优检测性能的合作频谱感知检测变量，即构建基于接收信号的主分量（ principal component）的合作频谱感知最优全局检测变量融合方案， 实现非相关检测方式下的最优频谱感知性能。仿真结果表明该算法方案能够显著地改善认知无线网络的协作频谱感知性能。【关键词】认知无线电频谱感知能量感知合作式感知信号检测ABSTRACTWith the rapid growth of wireless communicati
4、ons business,the increasing spectrum demand and the contradiction between the limited spectrum resources bottleneck restricting the development of wireless communication. the thesis focuses on the cognitive radio spectrum sensing technology, the main contents are as follows:And, in view of the key t
5、echnologies to realize cognitive radiothe exploration from the theory, analyses the energy test in the ideal and fading channel environment perception of authorized user signal performance and the shortage of multiple cognitive user collaboration awareness and diversity reception technology into ene
6、rgy, an improved algorithm is put forward. Improved spectrum sensing algorithm preserves the energy test both the characteristics of easy to implement and without a priori information, and can effectively improve the reliability of detection.Respectively under the environment of the channel performa
7、nce simulation and analysis.Aiming at classical spectrum sensing algorithm in cognitive radio (energy detection, geometric average arithmetic, signal subspace, maximum eigenvalue detection) problems existing defects of different level, in order to further improve the detection performance of spectru
8、m sensing algorithm, is proposed based on cooperative spectrum sensing signal Principal Component extraction algorithm of PCA (Principal Component Analysis).The algorithm in cognitive radio system for authorized users (Licensed User, LU) signal does not scenarios, only based on the received signal c
9、ovariance matrix eigenvalue and eigenvector of the detector. In according to the design of the received signal SNR maximization criterion and constraint conditions, can be based on the eigenvalue and eigenvector with optimal detection performance of cooperative spectrum sensing variables, namely the
10、 building of the brain that receives signals based on principal component (principal component), the optimal global cooperativespectrum sensing detection variable fusion schemes, and realize the related detection under the way of the optimal spectrum sensing performance. The simulation results show
11、that the algorithm scheme can significantly improve the cognitive wireless network collaborative spectrum sensing performance.【 Key words】Cognitive radioSpectrum perception Energy awarenessCollaborative perceptioncover optimization目录前言目前，由于各类多媒体技术越来越普遍应用于生活，无线用户数量急剧增加，使可利用的频谱资源稀缺。想要挖掘更多的无线频谱资源成为热点研究
12、。美国联邦通信委员会的研究报告指出，造成现有频谱资源紧缺的主要因素包括不合理的频谱管理及不良的分配策略。固定分配频谱是现阶段各类频谱管理部门最常见的分配方式，即将无线频谱分成固定大小的频谱块。通过使特定无线频谱块与特定无线接入网络一一对应的方式使无线通信系统得到相应的频谱分配。为了保护频段，频谱管理机构将大小固定的频谱块之间余留一定的间隔，同时获取授权资格的各类运营商对频谱的使用也有固定的期限，当期限截止时，这些频谱块将会被重新指派。采用固定频谱分配方式虽然利于频谱管理机构管理，但由于无线多媒体技术未来的发展前景是高速化的，而固定分配方式下频谱利用率较低，相互的不适应迫使人们急于采取先进技术努
13、力提高无线频谱的利用效率。为了努力使无线频谱的利用率提高，人们采用了诸如多天线技术、 DIDO （数字输入、分散式输出）技术和链路自适应技术等先进的无线通信领域理论及技术，但提高效果并不理想。同时研究发现，在广泛的授权频段中，无线频谱利用率极低的部分大多为传播特性良好的低频频谱。更多实测研究表明，3GHz 以下的频段未能充分利用的部分占 70% ，而 3GHz 以上的频段则几乎都未被使用。为了能够克服“频谱空穴”，在空域、时域和频域中更加高效的利用无线频谱，提高利用率。MITRE 公司的 Joseph Mitola 博士率先提出认知无线电（【 1】的概念。Cognitive Radio , C
14、R ）第一章绪论第一节认知无线电的研究意义和背景信息时代的到来，使得无线频谱在现代社会成为不可或缺的的珍贵资源。无线频谱目前处于主要由国家统一分配授权使用状态。且一般一个频段只供一个独立的无线通信系统使用。这一种静态无线频谱的管理方式，简单有效，避免了许多不同无线通信系统之间的相互干扰。可是这些已经被分配的授权频段和非授权频段中存在频谱资源的利用不平衡。第一，在整个频谱资源中，授权频谱就占用了很大的一部分，使得很多频段处于空闲的状态；第二，整个频谱资源中，可开放使用的非授权频段只占用很小的一部分，可在频段上的用户却很多，业务量大，这些无线电频谱段，已基本趋于饱和状态。因此在信息网络和无线移动通信高速发展的现在，频谱资源的匮乏问题就越来越严重。所以，找寻更佳有效的频谱的管理方式，来充分利用不同时间，不同地域的空闲频谱，用来解决日益增长的频谱需求间的矛盾，成为现在人们不断重视的问题。为解决以上问题人们现在的基本思路就是尽可能的的不断提高现有的已分配频【 2】谱的利用率。所以，人们提出了认知无线电这一概念。认知无线电的基本理念是：具备认知能力的无线通信的设备，可依照“伺机（Opportunistic Way）”方式以接入授权的频段内，且动态使用这频谱。这种出现在频域、时域和空域未利用的频谱资源被称作“频谱空穴” 。认知
