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认知无线电中频谱感知技术研究

作　者: 丛容
导　师: 杨震
学　校: 南京邮电大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 认知无线电 能量检测 协作频谱感知 带外感知时间 跨层 网络吞吐量
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着无线业务的蓬勃发展,人们对频谱资源的需求不断增长。然而,研究发现目前的固定频谱分配模式使得大量频谱资源低效使用。认知无线电技术作为一种革命性的频谱共享技术,可显著提高频谱利用率,从而有效解决目前频谱资源紧张的问题。频谱感知是认知无线电的关键技术之一,能够可靠地检测频谱空穴,并避免对授权用户通信造成干扰。本文就认知无线电中频谱感知技术展开了研究。本文首先介绍了认知无线电的由来和关键技术,然后对常用本地感知算法的检测原理、运用环境和优缺点进行了研究,随后分析了本地感知算法的局限性。接着重点研究了协作频谱感知机制,总结了融合判决规则,并就感知的可靠性和有效性进行了量化分析。在此基础上,提出了在保证主用户所受干扰不超过给定门限的前提下,如何通过协作频谱感知减小带外感知时间的问题。通过分析本地处理与节点协作之间内在联系,对其进行适当的折衷,将研究目标归结为一个非线性约束最优化问题,改进了已有的非协作方案。仿真给出了在应用“多数”融合规则下认知系统的效率最优。为更好地利用频谱感知的结果实现次用户接入频谱空穴,本文还对跨层优化进行了初步探索,提出了一种频谱感知与频谱接入的联合设计方案。考虑物理层与MAC层的交互,将分散在两层的特性参数协调融合,可以优化系统整体性能。文中所提方案在保证主次用户碰撞率不超过一定门限的条件下,通过联合选择感知时间,发送包长和随机接入概率以获得最大的认知无线电网络吞吐量。仿真表明,跨层联合设计相比于非跨层策略能够获得较大的网络吞吐量增益。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
缩略语  7-10
第一章 绪论  10-17
  1.1 无线频谱使用现状  10-11
  1.2 认知无线电概述  11-15
    1.2.1 认知无线电定义及功能  11-13
    1.2.2 认知无线电的关键技术  13-14
    1.2.3 认知无线电国内外研究现状  14-15
  1.3 论文主要工作及章节安排  15-17
第二章 认知无线电中的频谱感知  17-32
  2.1 频谱感知技术概述  17-19
    2.1.1 频谱感知技术研究方向  17-18
    2.1.2 本地频谱感知模型  18-19
  2.2 本地频谱感知方法介绍  19-23
    2.2.1 匹配滤波器法  19-20
    2.2.2 能量检测法  20-21
    2.2.3 循环平稳特征检测  21-22
    2.2.4 小波包变换感知法  22-23
  2.3 基于能量检测的频谱感知方法  23-29
    2.3.1 检测原理  23-24
    2.3.2 检测性能分析评估  24-26
    2.3.3 能量检测算法性能仿真  26-29
  2.4 本地频谱感知局限性  29-30
  2.5 本章小结  30-32
第三章 基于协作的频谱感知技术研究  32-52
  3.1 引言  32-33
  3.2 协作频谱感知  33-38
    3.2.2 融合判决规则  34-36
    3.2.3 AWGN 信道下本地感知的检测性能  36-38
    3.2.4 Rayleigh 信道下协作感知检测时间  38
  3.3 协作频谱感知的性能分析  38-41
  3.4 认知无线电中带外感知时间优化  41-51
    3.4.1 带外感知机制优化概述  41-42
    3.4.2 频谱感知中的法规约束  42-44
    3.4.3 系统模型与目标函数设计  44-46
    3.4.4 不同融合规则下的感知时间最优化  46-48
    3.4.5 仿真及结果分析  48-51
  3.5 本章小结  51-52
第四章 频谱感知与接入跨层联合设计  52-63
  4.1 无线通信中跨层设计的动机  52
  4.2 认知无线电跨层研究概述  52-55
    4.2.1 跨层设计模型  52-54
    4.2.2 物理与MAC 层跨层设计的研究现状  54-55
  4.3 感知接入跨层设计方案  55-62
    4.3.1 网络结构与设计原理  55-56
    4.3.2 物理与MAC 层跨层最优化设计  56-59
    4.3.3 仿真结果与性能分析  59-62
  4.4 本章小结  62-63
第五章 结束语  63-65
  5.1 全文总结  63-64
  5.2 展望  64-65
参考文献  65-69
致谢  69-70
攻读硕士学位期间发表的学术论文  70-71
攻读硕士学位期间参与的科研项目  71

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 无线电中继通信、微波通信
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