【正文】 )( )2,( uuPf ??? ? （ 27） 其中),( baQ是 Marcum Q 函數(shù)，,(是不完全 gamma 函數(shù)， )(u? 是gamma 函數(shù)。由文獻(xiàn) [30]可得，瑞利信道下系統(tǒng)的平均檢測概率RaydP的表達(dá)式為 : ? ??? ??????? ????? 20 202)1(212 ])1(2!1[)1()2(!1un unuR a yd neene ???? ?? ???? （ 210） 瑞利信道下的虛警概率RayfP的表達(dá)式和 AWGN 信道下的相同，見 (27)。 所謂匹配濾波器，是指在輸入信噪比一定的條件下，使得輸出信噪比最大的濾波器。 循環(huán)平穩(wěn)檢測 通信系 統(tǒng)中的已調(diào)信號一般和正弦載波、脈沖訓(xùn)練、循環(huán)前綴等關(guān)聯(lián)在一起，這些特性導(dǎo)致了其內(nèi)置的周期性。當(dāng) ? =0時， CAF 以及 CSD 就是通常所提到的自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度。該方法的缺點是需要采 集較長時間的信號，以獲得其統(tǒng)計特性，往往會影響系統(tǒng)的實時性。在深衰落和陰影效應(yīng)的環(huán)境下，信噪比非常低，次用戶接收到的信號很微弱，就可能檢測不到主用戶的存在，此時，次用戶會接入它所認(rèn)為空閑的頻段并使用其通信，這樣會對主用戶造成很大的干擾。 本地檢測技術(shù)的性能同時也受一些因素的影響。最后，當(dāng)次用戶在一個很小的區(qū)域中時，不同次用戶的檢測數(shù)據(jù)在很大可能上是相關(guān)的，這是因理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 11 為相鄰的次用戶可能在幾乎相同的主用戶的傳輸范圍內(nèi)。 協(xié)作頻譜感知是一種多用戶聯(lián)合感知檢測主用戶的方法，其思想是所有的認(rèn)知用戶協(xié)作檢測某一段用戶，然后融合所有結(jié)果進(jìn)行判定?？刂菩诺乐饕谴斡脩粲脕硐蛉诤现行膮R報檢測結(jié)果，也是融合中心對次用戶進(jìn)行控制、資源分配的信道。硬融合實現(xiàn)簡單并且能夠減少信道開銷，而軟融合的準(zhǔn)確性更高。 協(xié)作頻譜感知可以由兩種方式實現(xiàn)，分為集中式和分布式。 理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 12 基于接收端的頻譜檢測 本振泄露檢測 在實際環(huán)境中，主用戶網(wǎng)絡(luò) (如廣播電視網(wǎng)、蜂窩電話網(wǎng)的 )中許多設(shè)備都處于被動狀態(tài)，認(rèn)知無線電系統(tǒng)往往難以精確地對其定位。若次用戶檢測到有能量泄漏時，就判斷為主用戶出現(xiàn)，否則判斷為主用戶未出現(xiàn)。 基于干擾溫度的檢測方法 通常認(rèn)知無線電系統(tǒng)是以發(fā)射機(jī)為中心進(jìn)行考慮的，但是由于可能會出現(xiàn)不可預(yù)見的新干擾，接收機(jī)的范圍內(nèi)也會產(chǎn)生干擾使得信號不能可靠傳輸。反之，可以保證主用戶與次用戶同時正常工作。根據(jù)干擾溫度模型的內(nèi)容，某段頻段內(nèi)，只要正在工作的次 用戶發(fā)射機(jī)數(shù)量不超過上述判決門限值，次用戶就可以使用該頻段通信。 本章小結(jié) 認(rèn)知無線電系統(tǒng)的主要任務(wù)是解決頻譜資源短缺、提高授權(quán)頻段頻譜利用率。 理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 14 第 3 章 協(xié)作頻譜感知技術(shù) 下面介紹兩種 基本的融合算法，基于軟融合、硬融合的算法一一雙門限檢測方法，分組協(xié)作頻譜感知技術(shù)。若是將檢測量在本地做出判定，只是將判定的結(jié)果以 1bit 傳送出去，接收機(jī)融合的只是各個次用戶的判決結(jié)果，這種方法稱為數(shù)據(jù)融合或是軟融合。在本文中，本地檢測使用的是能量檢測方法，則 idP, ， ifP, 分別是第 i個用戶使用能量檢測方法的檢測概率和虛警概率，在 AWGN 信道中的表達(dá)式是 : 理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 15 ???????????)()2,(),2(,uuPQPiifiiuid??? （ 33） 在 Rayleigh 信道中的表達(dá)式為 : ????????????????? ? ??????????)()2,(])1(2!1[)1()2(!1,20202)1(2122uuPneenePiifunun iiiuiiiR a ydiiii??????? ???? （ 34） 2. “或”融合 “或”融合的實現(xiàn)方 式是融合中心將所有次用戶對某一主用戶頻段的檢測的結(jié)果用邏輯“或”的方式進(jìn)行合并。 根據(jù)以上分析，采用 K 秩融合算法后系統(tǒng)總的檢測概率熱與虛警概率fQ分別為 [21]: ? ? ?? ? ?? ?? MKi ij iMk kdjdiMd PPCQ 1 1 , )1( (310) ? ???NKiijiNk kfjfiNf1 1 , )( (311) 軟融合 根據(jù)上述分析，觀測到的信號包括了可能存在的主用戶信號以及加性噪聲，為了便 于討論，這里假設(shè)觀測到的信號對于噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差已經(jīng)歸一化了。 假設(shè)第 i個次用戶的權(quán)重系數(shù)為iw，觀測到的能量為iY，則 M 個次用戶的加權(quán)和值為： ??? Mi iiYwY 1 (312) 假設(shè)對于第 i個用戶，iY，iw是獨立的，當(dāng)采樣數(shù) N 很大時， Y 服從高斯分布。獨立同分布的瑞利信道分支參數(shù)max?的 PDF 的公式為 : ????? ????? eeLf L 1m ax )1()( (317) 上 式 可以 重新 整 理成 類似 瑞利 信道 下 單用 戶能 量檢 測 的 PDF 表達(dá)式 .???? ?? ef 1)((210)的形式： 110m ax 1111)1()( ???? ????????? ???? ? iLii eiiLiLf ???? (318) 在 SC 方法中，檢測概率dSCP可以寫成如下表達(dá)式 : ??? ????????? ???? 10 )1(11)1(Li d R a yidSC iPiLiLP ? (319) 3. SSC 算法 在 SSC 方法中，獨立同分布的瑞利信道雙支路信噪比的 PDF 為 : ????????????????,),2(1),1(1)(TTSSCTTeeeef???????????????? (320) 其中 T?是切換門限。 1H0H0? 圖 31 能量檢測示意圖 0H 1H1? 2? 圖 32 雙門限檢測方法示意圖 雙門限檢測的思想如圖 32 所示，與能量檢測 (圖 31）不同的是，雙門限方法用的是兩個門限 值進(jìn)行判斷，是一種將軟融合方法與硬融合方法結(jié)合一起的算法。這時由于這 (MK)個次用戶不能區(qū)別主用戶出現(xiàn)與否，因此融合中心綜合他們的檢測結(jié)果做出判決。 2)若是21 ?? ?? iY，則第 i 個用戶將檢測量iY發(fā)給融合中心，否則向融合中心匯報根據(jù)門限進(jìn)行判決后生成的本地判決結(jié)果iS，假設(shè)),...2,1( MiRi ?為融合中心收到的次用戶發(fā)來的信息，則有 : ??? ??? oth erwiseS YYRiiii , 21 ?? （ 322） 以及 ??? ? ???21,1 0,0 ? ?iii Y Y （ 323） 3)不失一般性，假設(shè)融合中心收到的 M個信息中，有 K個本地判決結(jié)果和 (MK)個能量檢測值，也就是有 K 個次用戶的檢測量落在),( 21??區(qū)間外，（ MK)個落在區(qū)間內(nèi)。根據(jù)融合內(nèi)容的不同可將判定方法分為軟融合與硬融合，軟融合是將所檢測到的內(nèi)容 (如能量值 )傳遞到融合中心，而硬融合主要是將存在與否的結(jié)果以 1bit 的信息傳 遞到融合中心進(jìn)行最后的判決。當(dāng)有 L 個獨立同分布符合非中心2?分布的變量，而這些變量的自由度為u2，非中心參數(shù)為),...1(2 Lll ??，當(dāng)這 L 個變量加起來時，其總和符合自由度為Lu、非中心參數(shù)為??Ll l1 ?的2?分布。因此，軟融合方法研究的是權(quán)重系數(shù)與最佳性能的關(guān)系。 假設(shè)第 i個節(jié)點的檢測概率與虛警概率分別為jmP,if，根據(jù)概率論的知識，采用“或”融合方式后得到的系統(tǒng)總的檢測 概率dQ與虛警概率fQ分別為 : ?? ??? Mi idd PQ 1 , )1(1 (35) ?i iff 1 , )( (36) 其中，定義錯檢概率mQ為當(dāng)主用戶出現(xiàn)、次用戶卻判斷為沒出現(xiàn)的概率 : )( 1HYrPm ???? (37) 因此，m與d的關(guān)系是 : dm ??1 (38) 3. “K”秩融合 K”秩融合算法也稱為 KoutofM 準(zhǔn)則，原理是所有次用戶對某個主用戶頻點的判決結(jié)果相加，將所得的數(shù)值與預(yù)先設(shè)定的門限值 K 相比較，若超過該門限值 K，才判決有主用戶信號存在，否則判決沒有主用戶信號存 在，因此， K秩融合算法的假設(shè)模型為 : ????????????MiiMiiKDHKDH1011:: (39) 該算法可以理解為， M 個次用戶中只要有 K 個用戶檢測到主用戶出現(xiàn)，融理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 16 合中心則判定主用戶出現(xiàn)?？梢岳斫鉃橹挥挟?dāng)所有次用戶都判 定該頻點有主用戶信號存在時，才判決該頻段有主用戶出現(xiàn)。 融合算法 協(xié)作頻譜感知一般包含三個步驟 : 1)每個次用戶獨立地檢測主用戶，生成本地的頻譜檢測量或是根據(jù)檢測量做出的一個二進(jìn)制 (通常是 1bit)判決結(jié)果； 2)所有的次用戶將自己的檢測量 /二進(jìn)制結(jié)果匯報給一個普通的接收機(jī)，也就是認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的融合中心或是 WLAN 中的接入點 (Access Point, AP)； 3)該接收機(jī)融 合所有次用戶的檢測量 /二進(jìn)制結(jié)果，得出一個最終的結(jié)論，判定在所檢測的頻段中主用戶是否存在。本章主要研究的是認(rèn)知無線電中的各種頻譜感知技術(shù)，首先介紹了現(xiàn)有頻譜感知技術(shù)的分類，接著詳細(xì)闡述了三種傳統(tǒng)的本地檢測算法、性能以及三種算法在適用范圍、優(yōu)缺點方面的對比，隨后分析了多用戶協(xié)作檢測的必要性、與非協(xié)作檢測算法的對比情況，并且簡單探討了協(xié)作頻譜感知技術(shù)的情況及其分類。與干擾溫度模型相關(guān)的另一個問題是在于沒有主用戶信號與次用戶信號重疊，或者主用戶信號很弱，以至于無法檢測到時，要考慮使用干擾溫度模型會得到怎樣的結(jié)果 。 干擾溫度檢測模型的工作原理是，一旦接收機(jī)工作的頻段上出現(xiàn)了未知干擾，不同頻點的峰值超出原有噪聲電平，那么噪聲電平相應(yīng)地被提高。 系統(tǒng)設(shè)定一個保證主用戶能正常工作的干擾溫度門限值，該門限值由主用戶能夠正常工作的最壞信噪比決定。另外，由于接收機(jī)具體類型和使用時間的不同，本振泄漏功率是不斷變化的。 本振泄露間的具體工作原理是當(dāng)使用 Edwin Armstrong 1918 年發(fā)明的無線超外差接收 機(jī)接收信號時，需要將接收到的高頻率信號進(jìn)行變頻處理，會產(chǎn)生某些特定頻段的信號，因此一些信號也就不可避免地從天