（通信与信息系统专业论文）认知无线电协作频谱感知研究.pdf

哈尔滨t 程大学硕十学位论文 摘要 认知无线电是为了解决目前频谱资源日益稀缺并且能够使更多通信系统 进行通信而提出的。这种技术通过寻找未被占用的频段机会使用，它采用的 是灵活运用频段的无线架构。本文中主要讨论频谱感知在实施过程当中怎样 避免对授权用户的干扰以及在实施过程中的一些基本条件。 本文使用s n r 来表征在保证对原使用者没有干扰情况下的距离和最大允许 功率下的系统。 我们主要关注频谱感知技术在认知无线电中使用的好处和可能性。我们 已经讨论了联合频谱感知技术在解码和前向协议中的应用。这种技术使用能 量估计来确保它能提高估计的精度，甚至是最简单的能量估计方法。运用所 谓的在保证可以接受的干扰的情况下占用无用频段对原有的频带的认知无线 电概念。它能够对原先的信号和它对系统的全局性能进行评价。 本文研究了两个认知无线电用户的情况，一个用户是另一个用户的中 继，。并且用d f 协议和无合作情况比较来分析诸如检测概率增益的灵活性 和时间间隔，而且证明它如何能改善频谱感知技术和处理遮蔽和隐藏节点的 问题。 接下来，我们研究了多用户的认知无线电网络，通过簇方法来完成各个 用户的合作检测。为了提高主用户的检测概率在这里定义了正常认知无线电 用户的中继簇，同时为了提高整体检测概率，给出了各个用户合作检测的基 本框架。另外，本文表明了怎样定义中继簇能够得到最佳的检测概率，这种 方法对频谱感知有怎样的帮助。由于这种方法独立于t d m a 系统，因此可以 使感知主用户需要的时间间隔最小化。 关键词：认知无线电；协作；解码前向；灵敏增益；集群 a bs t r a c t c o g n i t i v er a d i o ( c r ) i st h ei d e ao f w i r e l e s sa r c h i t e c t u r ew h i c hd o e s n th a v ea 觚do p e r a t i o nf r e q u e n c yb a n d c rs y s t e m s e a r c h e st h eu n u s e d 骶q 啪眦y s p e c t n l ma n dl l s e st h e mt os o l v et h ep r o b l e mo fs p e c t r u ms c a r 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g n i t i v er a d i o w ed i s c u s s e dt h e c o o p e r a t i v es p e c 协1 ms e n s i n gt e c h n i q u ew i t hd e c o d ea n df o r w a r d ( d f ) p r o t o c o l u s i n gt h ee n e r g yd e t e c t i o nm e t h o dt oe n s u r et h a ti tw i l li m p r o v e o nt h ed e t e e t i o n m e t h o de v e n 诵t ht h es i m p l e s tm e t h o dw e h a v ef o rd e t e c t i n gt h ep r i m a r ys l g n a l a n di t si m p a c to nt h eo v e r a l ls y s t e mp e r f o r m a n c e s t h i sm a k e sp o s s i b l e o tt h e c o n c e p to fu s i n gt h e u n u s e df r e q u e n c yb a n db yt h es e c o n d a r yu s e r 砌t ht n e m i n i m 啪a c c e p 协b l ei n t e r f e r e n c et ot h el e g a c yu s e r , k n o w na st h e “c o g n i t l v e r a d i o ” w r ee x 锄i r l et h ec a s eo ft w oc o g n i t i v er a d i oo n ea c t i n ga sar e l a yf o ra n o t h e r a i l da 1 1 a l y z et h ep a r a m e t e r sl i k ep r o b a b i l i t yo fd e t e c t i o n ，a g i l i t yg a i n ，t i m ei n t e r v a l u s i n gd fp r o t o c o la n dc o m p a r e i tw i t h o u tt h ec o o p e r a t i o ns c h e m e ，s h o 啪h o w n c a ni m p r o v et h es p e c t r u ms e n s i n gt e c h n i q u e s a n dh a n d l et h ep r o b l e m o f s h a d o w i n ga n dh i d d e nn o d e 。 a i l dn e x tw ee x a m i l l et h ec a s eo fm u l t i u s e rc o g n i t i v en e t w o r ka n ds e e nh o w t h ec o o p e r l t i o nc a nb eo b t a i n e db yt h ec l u s t e r i n gm e t h o d ，a n dd e f i n i n gd e d i c a t e d r e l a yc l u s t e rf o rt h en o r m a lc r c l u s t e rw h i c hn e e dt h er e l a yi no r d e rt om c r e a s e l 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 t h ed e t e c t i o no ft h ep r i m a r yu s e ra n dt h eb a s i cf r a m ef o r m a tf o ro b t a i n i n gt h e c o o p e r a t i o nf r o mt h er e l a yu s e rs ot h a tt h eo v e r a l lp r o b a b i l i t yo fd e t e c t i o nw i l lb e i n c r e a s e d b e s i d et h e s ew eh a v es h o w nt h a th o wt h et a s ko fa s s 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c t i n gt h ep r i m a r yb s e rb ya l l o c a t i o np r o t e c t e dr e g i o na n dr e g i o no fd e c o d a b i l i t y 2 7 f i g ，3 2s c e n a r i oo fs h a d o w i n g 2 9 f i g 3 3s n rm a t i n s 3 1 f i g ，3 4m a x i m u ma l l o w a b l ep o w e rf o rt h es e c o n d a r yt r a n s m i t t e r 3 6 f i g 4 1 c l a s s i f i c a t i o no f t h es p e c t n u ns e n s i n g 4 0 f i g 4 2b a s i cb l o c kd i a g r a mo f t h ee n e r g yd e t e c t o r 4 1 f i g ，4 3i m p l e m e n t a t i o no f t h ee n e r g yd e t e c t o ri nt h ed i g i t a lf o r m 4 2 f i g 4 4u n d e r s t a n d i n gt h ed e v i c el e v e ln o i s eu n c e r t a i n t yi nt h ec a s eo f e n e r g yd e t e c t o r 4 3 f i g 4 5 蹋傻删f o rt h ee n e r g yd e t e c t o rv sn o i s eu n c e r t a i n t y 4 4 f i g 。4 。6s p e c t r u mp i c t u r e 4 5 f i g 4 7p i l o td e t e c t i o nv i a m a t c h e df i l t e r i n g 4 6 f i g 4 8p r i m a r ys i g n a ld e t e c t i o nu s i n gc y c l o s t a t 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c a r c i t yi s n c r e a s i n gd a y 吣d a ya ss h o w a i nt h ef i g 1 1w h e r ew ec a l ls e et h a ta st h et i m ei sg o i n go nt h e r ei sam o r e d e m a n do ft h ef r e q u e n c ys p e c t r u m t h es p e c i a lt a s kf o r c es p e c t r u mp o l i c yt a s k f o r c e ( s p t f ) w a sf o r m e dt oa n a l y z ea n ds o l v et h i sp r o b l e m 。r e c e n ts t u d yb y s p t fr e c o m m e n d e dt oe m p l o yc e r t a i nr u l e sa n dr e g u l a t i o n sf o rt h ee f f i c i e n tu s e o fr a d i os p e c t r u ma n dt h em e a n st oi m p r o v et h ee x i s t i n gs p e c t r u mu s a g e “ r e g a r d i n gt h es p e c t r u mu s a g et h i sr e p o r ts h o w st h a tt h e r ei ss i g n _ i f i c a n ti n e f f i c i e n t s p e c t r u mu t i l i z a t i o nt h a nt h ea c t u a ls p e c t r u ms c a r c i t yd u e ot h en d ei m p o s e d a n 6 l e g a c ys y s t e mb yt h ef c c a st r a d i t i o n a l l yt h ef c ch a sa l l o c a t e dt h es p e c t r 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di sn o tu t i l i z e dk n o w na ss p e c t r u mh o l e s ，c a nb eu t i l i z e db yt h e c o n c e p to fs e c o n d a r yu s e ri nt h es t e pt o w a r d st h ei m p r o v e m e n to fs i g n i f i c a n t l y u s a g eo ff r e q u e n c ys p e c t r u m ，u n o c c u p i e db y t h ep r i m a r yu s e ra tt h er i g h tl o c a t i o n a n dt h et i m ei nq u e s t i o n s ou s i n gt h es e c o n d a r yu s e rc o n c e p t ，i ts h o u l db es u r et h a td e v i c e su s i n gt h e s e s p e c t n t m sd on o tm a k ea n yi n t e r f e r e n c et ot h ep r i m a r yu s e r t h e nw h e nt h e s e c o n d a r yd e v i c et r i e st oe x c e s st h es p e c t r u m ，i t sn e c e s s a r yt ok n o w t h es i t u a t i o n o ft h es p e c t r u m t h i sc o u l dr e f e rt oa nu n l i c e n s e dd e v i c ed e c i d i n gi fap a r t i c u l a r f r e q u e n c yb a n di su n u s e d ，o ras p e c t r u mo w n e rd e c i d i n gw h e t h e rt h e e x t r a i n t e r f e r e n c ei ti 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a la tv e r yl o wp o w e ro u s ta sw h i s p e r i n gi nt h ep l a c ew h e r e t h e r ei sal o u dn o i s e ) w h i c hd o e sn o ti n t e r f e r ew i t ht h es p e c t r u mo w n e r , t h i s a p p r o a c hh a s b e e nt a k e n b y u l t r a - w i d e b a n ds y s t e m sw h i c hm i n i m i z et h e i n t e r f e r e n c eb ys p r e a d i n gt h e i rp o w e ro v e rah u g ew i d eb a n d w i d t h h a n o t h e rs o l u t i o ni st h es y s t e mt h a tt a k er e n ts o m e o n e ss u n a l n e rh o u s ei nt h e w i n t e rs e a s o ni e u s et h es a m es p e c t r u mw h e nt h el i c e n s e du s e ri sl e i s u r e i nf a c t , i t ss i m i l a rt ot h ec o n c e p to fc o g n i t i v er a d i o w ec a nu s et h em u c hm o r ep o w e ri n t h en a r r o w b a n dd y n a m i c a l l yb ya d j u s t i n gt r a n s m i s s i o np a r a m e t e ri nr e s p o n s et o t h ev a r i a t i o no ft h ee n v i r o n m e n t b u ti t st h ek e yt os e n s et h eu n u s e db a n d sb e f o r e a d o p tt h ea