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频谱感知关键技术研究与实现

作　者: 黄文芳
导　师: 江桦
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 电路与系统
关键词: 认知无线电 频谱感知技术 多窗谱熵 循环平稳性检测 小波变换 奇异值分解
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


频谱是一种有限的自然资源，随着各种无线通信系统和通信设备的爆炸式发展，人们对无线频谱资源的需求不断增长，无线频谱资源紧缺问题日益突出。作为一个智能的无线通信系统，认知无线电技术为解决频谱紧缺问题提供了强有力的技术支持。频谱感知是认知无线电系统中物理层要实现的核心功能，需完成频谱空洞的检测和判定，以及在通信过程中对频谱占用状态进行实时监测，是认知无线电的前提和先决条件。本文研究并探讨了认知无线电系统频谱感知关键技术，对现有频谱感知技术进行了分类，跟踪了国内外相关研究进展，不仅研究了传统的窄带频谱感知技术，还分析了以宽频带作为检测目标的宽带频谱感知技术。本文的主要工作和创新如下：1、针对能量检测易受噪声不确定性影响的问题研究最优的谱估计方法。利用多窗谱估计低方差、无偏差的特点解决谱估计一直存在估计方差和估计偏差进退两难的问题，结合谱熵强抗噪能力、高分辨率的优点，提出了一种多窗谱熵的频谱感知改进算法，可实现低信噪比条件下主用户信号的有效感知，相比于周期图、多窗谱检测法具有更好的性能。2、针对循环谱特征检测需要进行定时同步、载波恢复等严格的预处理过程，提出了一种基于循环平稳性检测的信号检测分类方法，实现低信噪比条件下，包括FSK、MSK、PSK、QAM等多种信号的检测分类。该算法无需参数估计及定时同步等预处理过程；同时算法所基于的循环累积量的循环频率特征，对噪声敏感度低，在低信噪比环境下盲分类检测效果较好，满足了实际应用需求，提升了感知效率。3、针对迅速发展的无线通信业务，围绕认知无线电技术宽带频谱感知中的若干问题展开研究。在信道的位置和带宽随机分布的条件下，无法直接利用传统固定信道的感知方法检测信号。本文采用改进的小波变换和基于Hankel矩阵的奇异值分解方法，完成整个频率范围的频率点奇异性检测并获得各子频段的起止频率和带宽，在此基础上采用传统固定信道的多频段频谱感知方法判断各子频段的占用状态，有效实现宽带频谱感知。4、研究并讨论适合认知无线电网络的传输方案，在确定的传输方式下实现频谱感知。在上述分析的基础上，初步完成了频谱监测平台的构建，实现了信号频谱监测、循环平稳分析、多窗谱熵分析、奇异性检测以及电磁频谱数据库管理等功能，并对其中的循环平稳分析模块进行了实际性能测试。结果表明，文中研究的频谱感知关键技术能够良好地完成频谱监测的功能。

全文目录


表目录  6-7
图目录  7-9
摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
第一章 绪论  12-19
  1.1 认知无线电的概念  13
  1.2 认知无线电的关键技术  13-15
  1.3 认知无线电的发展现状  15-16
  1.4 本文研究思路及主要完成工作  16-18
  1.5 论文结构安排  18-19
第二章 频谱感知与检测技术  19-28
  2.1 频谱感知模型  19-20
  2.2 频谱感知方法  20-27
    2.2.1 发射端检测  20-24
    2.2.2 接收机检测  24-25
    2.2.3 合作检测  25-26
    2.2.4 宽带检测  26-27
  2.3 本章小结  27-28
第三章 基于多窗谱熵的最优谱估计算法  28-34
  3.1 计算多窗谱  28-31
    3.1.1 周期图谱估计  28-29
    3.1.2 多窗谱估计  29-31
  3.2 计算多窗谱熵  31
  3.3 门限设置  31-32
  3.4 仿真和分析  32-33
  3.5 本章小结  33-34
第四章 基于循环累积量的信号检测分类算法  34-43
  4.1 信号模型  34-35
  4.2 信号的循环统计量  35-36
  4.3 基于循环统计量的特征  36-38
  4.4 算法描述  38-40
    4.4.1 算法步骤  38-39
    4.4.2 循环平稳性检测  39-40
  4.5 仿真和分析  40-42
  4.6 本章小结  42-43
第五章 基于奇异性检测的宽带频谱感知技术  43-53
  5.1 系统模型  43-44
  5.2 宽带频谱感知方法  44-50
    5.2.1 功率谱密度的奇异性检测  45-49
    5.2.2 多频段频谱感知  49
    5.2.3 检测性能指标  49-50
    5.2.4 门限设置  50
  5.3 仿真和分析  50-52
  5.4 本章小结  52-53
第六章 多载波传输方案及多载波信号频谱感知  53-63
  6.1 信号基本原理  54-58
    6.1.1 OFDM 信号  54-56
    6.1.2 OQAM 信号  56-58
  6.2 OFDM/OQAM 信号频谱感知方法  58-60
    6.2.1 OFDM 信号二阶一次循环累积量  58-59
    6.2.2 OQAM 信号二阶零次循环累积量  59-60
  6.3 仿真和分析  60-62
  6.4 本章小结  62-63
第七章 系统实现及性能测试分析  63-67
  7.1 系统实现  63-65
  7.2 系统性能测试  65-66
  7.3 本章小结  66-67
结束语  67-69
参考文献  69-75
作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作  75-76
致谢  76

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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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