基于数据融合的协作频谱感知方法研究毕业设计Word文件下载.docx

基于数据融合的协作频谱感知方法研究毕业设计Word文件下载.docx

《基于数据融合的协作频谱感知方法研究毕业设计Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于数据融合的协作频谱感知方法研究毕业设计Word文件下载.docx（59页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

频谱感知；

数据融合；

协作检测

ResearchofCooperativeSpectrumSensingBasedonDataFusion

Abstract:

Toimproveandenhancetheutilizationofthespectrumresourceinthefieldofthewirelesscommunication，cognitiveradiotechnologyproposedasanewmethod．Asarevolutionaryintelligencetechnology，cognitiveradioisbecomingathefieldofthewirelesscommunication．Spectrumsensingtechnologyisoneofthemostcriticaltechnologiesincognitiveradio．Thus，thispaperisbasedontheenergydetectionmethodinasigleuser．Meanwhile，thispapersimulatesandanalysessomeparameterssuchastheprobabilityofdetection，theprobabilityofundetected，falsealarmprobability，threshold，SNRandsoon．Besides，itsdetectionperformanceisanalyzed.Duetofadingchannel，shadowingeffection，noiseuncertainsandotherfactors，thedeclineindetectionperformancemethodsproposed，suchasANDguidelines，ORguidelines，K-Nguidelines．Lastly，thispaperanalysesthecharacteristicsofthedifferentfusionmethods，performanceandusagescenarios.

Keywords:

cognitiveradio;

spectrumsensing;

datafusion;

cooperativedetection

前言1

第1章　绪论2

1.1　研究的背景和意义2

1.2　什么是认知无线电4

1.3　国内外认知无线电技术的研究现状5

第2章　认知无线电中的频谱感知技术7

2.1　认知无线电频谱感知研究7

2.2　基于接收机检测8

2.2.1　基于干扰温度的检测8

2.2.2　本振泄露功率控制9

2.3　基于发射机检测10

2.3.1　匹配滤波器检测10

2.3.2　能量检测11

2.3.3　周期平稳特征检测12

2.3.4　频谱感知算法优缺点比较13

2.4　协同检测13

2.5　本章小结14

第3章　单用户频谱感知的性能分析15

3.1理想信道下能量检测法的算法分析15

3.2不同信道下的能量检测性能分析18

3.2.1　AWGN信道18

3.2.2　Rayleigh衰落信道20

3.2.3Rician衰落信道22

3.3瑞利信道和高斯信道实际仿真验证24

3.4能量检测各参数之间关系的研究26

3.5单用户频谱感知的不足28

3.7本章小结29

第4章数据融合的协作频谱感知的性能分析30

4.1硬判决基本原理30

4.2‘AND’准则31

4.3‘OR’准则34

4.4‘K-N’准则36

4.5实际无线通信环境下的联合频谱感知39

4.6本章小结40

第5章总结与展望41

5.1论文工作总结41

5.2下一步研究方向41

参考文献43

致谢45

附录1主要源程序46

附录2外文翻译54

前言

随着信息时代的到来，无线频谱已成为现代社会不可或缺的宝贵资源。

为了尽量提高现有已分配频谱的利用率，认知无线电的概念应运而生。

认知无线电能从根本上解决因频谱的固定分配政策导致的对频谱资源利用不合理的问题，为解决如何在有限频谱资源条件下提高频谱使用率这一无线通信难题开辟了一条新的途径。

其中，频谱感知技术是认知无线电最基本、最关键的技术之一。

本文以单用户能量检测方法为基础，分析各性能参数之间的关系。

由于无线通信的特殊环境，信号传播过程中存在多径、阴影效应等干扰因素，因此单个认知用户可能会出现较低的检测概率，从而加剧了对于授权用户的干扰。

这时，提出分析了基于数据融合的协作频谱感知方法，分析研究数据融合的协作检测对用户检测性能的影响。

本文首先分析了认知无线电技术的概念、国内外的研究现状和常用的频谱感知技术。

然后重点分析研究了频谱感知过程中单用户能量检测的性能。

最后针对于单用户能量检测受到信道衰落、阴影效应和噪声不确定性等因素的影响产生性能下降，引入了基于数据融合的协作频谱感知方法，并分析其性能。

具体安排如下：

第一章介绍课题研究的背景知识，研究内容的必要性、重要性以及本论文研究的主要内容和结构安排。

第二章研究认知无线电中的频谱感知技术，对认知无线电中比较常用的频谱感知技术进行研究，并分析其各自的优缺点。

第三章研究单用户下的能量检测的本地频谱检测性能分析。

第四章研究多用户下的数据融合的频谱感知技术的性能分析。

第五章对全文的工作进行了总结，并对未来的工作进行了展望。

第1章　绪论

1.1　研究的背景和意义

它目前主要由国家统一分配授权使用，一个频段一般只能供一个无线通信系统独立使用，这种静态的无线频谱管理方式，简单而有效的避免了不同无线通信系统间的相互干扰。

但是在这些已分配的授权频段与非授权频段中存在着频谱资源利用的不平衡性：

一方面，授权频段占用了整个频谱资源的很大一部分，但其中不少频段处于空闲状态；

另一方面，开放使用的非授权频段占整个频谱资源的很少一部分，但在该频段上的用户很多，业务量也很大，无线电频段已基本趋于饱和。

于是在无线和移动通信迅速发展的今天，频谱资源贫乏的问题也显得日益严重。

许多已分配的频带在很多的时间段内都是闲置的，尤其是在频率需求非常紧张的数百MHz～3GHz无线频带中，一些频带大部分时间内并没有用户使用，另有些偶尔才被利用，其他频带使用竞争则相对很激烈。

图1-1所示的是伯克利大学（Berkeley）无线研究中心的实际测量结果，结果表明，大部分的已经分配给固定用户的频谱在大量的时间里都是低效使用的，而这种情况并非偶然。

根据FCC（美国联邦通信委员会）调查显示，有15％到85％的已分配频谱资源只是被偶尔占用或者地域性占用。

下图为使用分辨率为20KHz、30°

角的天线，于中午时分在加州伯克利市市区现场实测的结果[1]。

图1-10～6GHz的功率谱密度分布图

通过观察发现，3GHz及以上的频段几乎没有被使用。

其中，3-4GHz的频段利用率只有0.5%，4-5GHz的频段利用率甚至只有0.3%。

而3GHz以下频段，根据伯克利无线研究中心（BerkeleyWirelessResearchcenter，BWRC）的研究报告发现，频谱资源在时域及频域上有多达70%未被充分利用。

面对目前频谱资源紧张现状，首先需要重新认识频谱。

国际上新观点认为，频谱是一种抽象的资源，对其利用效率的高低取决于所采用的技术，需要详细探讨能充分利用频谱资源的高效频谱利用技术[2]。

令人欣慰的是，近年来新技术的迅猛发展为频谱高效利用提供了可能。

这里从不同角度和方面总结了目前提高频谱利用率技术，如图1-2所示。

图1-2提高频谱利用率的技术

然而，由于移动终端天线尺寸和功率的限制，可以用于无线接入的频段十分有限。

在提高频谱效率方面，目前码分多址（CodeDivisionMultipleAccess，CDMA）空中接口技术，如高速下行分组接入（HighspeedDownlinkPackageAccess，HSDPA）可以达到lbitsHz的频谱效率，将来正交频分复用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM）和多输入多输出（MultipleInputMultipleOutput，MIMO）技术的应用也只能达到3-4bitsHz的频谱效率。

3-4倍频谱效率的提高对于人们成百上千倍的带宽需求增长是微不足道的。

因而，寻求一种更有效的频谱管理方式，充分利用各地区、各时间段的空闲频段，缓解不断增长的频谱的需求矛盾，成为人们关注的问题。

1.2　什么是认知无线电

为了解决上述问题，基本思路就是尽量提高现有已分配频谱的利用率。

于是，认知无线电的概念应运而生。

认知无线电技术的基本出发点就是：

为了提高频谱利用率，具有认知功能的无线通信设备可以按照机会接入的方式，在不影响授权频段正常通信的基础上，在已授权频段的空闲频段内动态地利用频谱资源。

这种应用一定要建立在已授权频段没有被利用或只有很少的通信业务在活动的基础上。

这种在空域、时域和频域中出现的可以被利用的频谱资源被称为“频谱空洞”。

认知无线电的核心思想就是使无线通信设备具有发现“频谱空洞"

并合理利用的能力。

当非授权通信用户通过“借用”的方式使用已授权的频谱资源时，必须保证自身的通信不会影响到其它已授权用户的通信。

要做到这一点，非授权用户必须按照一定的规则来使用所发现的“频谱空洞”。

在认知无线电中，这样的规则是以某种机器可理解的形式（如XML语言）加载到通信终端上。

由于这些规则可以随时根据频谱的利用情况、通信业务的负荷与分布等进行不断地调整，因此通过这些规则频谱管理者就能以更为灵活的方式来管理宝贵的频谱资源。

从以上介绍可以看出，为了提高频谱利用率需要充分利用检测到的“频谱空洞"

，这是认知无线电技术的一项基本应用。

但是，作为一个全新概念提出的认知无线电，其涵盖面则更为广泛。

认知无线电最初的概念是由瑞典皇家科学院JosephMitola博士提出的，是对软件无线电的进一步的扩展。

认知无线电采用无线电领域的基于模型的方法对控制无线电频谱使用的规则（如射频频段、空中接口、协议以及空间和时间模式等）进行推理，通过无线电知识表示语言（RKRL）表述无线电规则、设备、软件模块、电波传播特性、网络、用户需求和应用场景的知识，以增强个人业务的灵活性，使软件无线电技术能更