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认知无线电信道容量与频谱感知技术研究

作　者: 梅晓光
导　师: 张国平
学　校: 华中师范大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 认知无线电频谱感知软件无线电认知信道能量检测
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着无线电技术的发展与应用,目前广泛使用的基于授权的固定频谱使用方式使得频谱使用效率变得较低。认知无线电被视为一种新型的技术用于提高目前频谱资源的使用效率。认知无线电技术是一种基于软件无线电的技术,该技术能够学习周围的通信环境,然后根据环境改变自身的参数。认知无线电的设计基于两个目标：第一,能够随时随地地达成可靠、有效的通信；第二,高效地利用频谱资源。目前对认知无线电的研究主要集中在三个大方向,认知无线电基础理论的研究；认知无线电频谱感知技术研究；认知网络优化研究。本文涉及了其中的前两个方向。本文首先介绍了认知无线电基础理论研究所涵盖的内容,接着介绍了用于分析认知信道的多用户信息论原理和Gel’ fand-Pinsker问题。其次,利用目前常用的基于干扰信道建模的方法分析了认知信道的容量,计算出了认知信道的可达速率域。由于对认知信道的分析,尤其是对认知信道的建模目前还是一个开放性的问题,本文尝试性地将认知信道的建模和Gel’ fand-Pinsker问题相结合,建立一个新的认知信道模型,并对模型的可达速率及可达速率域进行了分析。频谱感知是认知无线电的使能技术。本文详细地分析了目前主流的三种基于单节点的频谱感知方案,即能量检测、匹配滤波器检测、周期平稳谱相关检测的接收机特性曲线、复杂度等性能指标。能量检测以其简单、易于集成化的特点成为目前的首选方案。由于目前对能量检测的分析都基于理想的加性高斯白噪声信道,本文尝试性地分析了能量检测在Nakagami信道模型下的接收机特性曲线。最后本文总结了所做的工作内容,并指出了尚未解决的问题和对后期研究的展望。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
1 绪论  9-16
  1.1 研究背景和研究意义  9-11
    1.1.1 频谱资源的管理和利用  9-10
    1.1.2 频谱资源的稀缺性  10-11
  1.2 认知无线电技术  11-13
    1.2.1 认知无线电的定义  11-12
    1.2.2 认知无线电系统架构  12-13
    1.2.3 认知无线电的应用前景  13
  1.3 国内外研究现状  13-15
    1.3.1 主要研究团队与研究成果  13-15
    1.3.2 目前研究中出现的问题  15
  1.4 本文研究的主要内容及安排  15-16
2 认知无线电信道容量  16-40
  2.1 引言  16-19
    2.1.1 认知无线电基础理论  16-17
    2.1.2 主要研究成果  17-18
    2.1.3 本章组织结构  18-19
  2.2 认知信道建模研究  19-32
    2.2.1 多用户信息理论  19-20
    2.2.2 联合典型序列  20-22
    2.2.3 Gel’fand-Pinsker问题  22-24
    2.2.4 基于干扰信道理论的认知信道模型  24-31
    2.2.5 AWGN认知信道可达速率与可达速率域分析  31-32
  2.3 基于GEL’FAND-PINSKER问题的认知信道模型  32-40
    2.3.1 问题描述  32-33
    2.3.2 认知信道编码方案及可达速率计算  33-37
    2.3.3 AWGN认知信道可达速率与可达速率域分析  37-39
    2.3.4 仿真结果  39-40
3 认知无线电频谱感知技术  40-52
  3.1 引言  40-43
  3.2 认知无线电单节点频谱感知技术  43-49
    3.2.1 能量检测  43-48
    3.2.2 匹配滤波器检测  48
    3.2.3 周期平稳谱相关检测  48-49
  3.3 基于NAKAGAMI信道模型下的能量检测技术  49-52
    3.3.1 Nakagami模型  49-50
    3.3.2 仿真结果  50-52
4 总结和展望  52-54
  4.1 全文总结  52
  4.2 后期研究展望  52-54
参考文献  54-58
附录:不等式证明  58-61
致谢  61

认知无线电信道容量与频谱感知技术研究

内容摘要

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