【正文】 條件 ， 當(dāng) SNR= 5dB時(shí)檢測(cè)性能便達(dá)到了 450線的下界 ，這說明能量檢測(cè)適用于強(qiáng)主用戶信號(hào)的檢測(cè) ， 在弱主用戶信號(hào)檢測(cè)中并不能保證滿足檢（論文） 第 20 頁 共 68 頁 測(cè)性能的要求。 (3) 隨著信噪比 SNR的增加 ， 要達(dá)到檢測(cè)目的 ， 所需的采樣點(diǎn)數(shù) N也相應(yīng)減少 ， 即檢測(cè)速度提高了 ， 從而實(shí)現(xiàn)快速而準(zhǔn)確到‘頻譜空穴’的目的。當(dāng) SNR=0時(shí) ， 能量檢測(cè)性能比較令人滿意 ， 正確檢測(cè)概率十分接近 100%—— 對(duì)于認(rèn)知無線電來說 ， 這樣的檢測(cè)是十分可靠的。因?yàn)?2N? 隨機(jī)變量可以看作為 N 個(gè) N(0， 1)獨(dú)立隨機(jī)變量平方之和。r r? ? ， 則式（ 37）為 222222239。()NDsP P T x r HrQ? ????? ? （ 37） 門限可由（ 36）求出。{ 。式中 2N? 表示自由度是 N的 2N? 分布 (即是 N個(gè)相互獨(dú)立且具有相同分布（ IID）的標(biāo)準(zhǔn)高斯隨機(jī)變量平方和 )。 [ 2 l n l n ( ) ]sssrr? ? ? ?? ? ???? ?， 則判決 1H 成立 。 )() ( 。在基于能量檢測(cè)的頻譜感知方法的研究可以看作是以下的二元檢測(cè)問題： 01: ( ) ( ) , 0 , 1 , . . . , 1: ( ) * ( ) ( ) , 0 , 1 , . . . , 1H X n w n n NH X n h s n w n n N? ? ?? ? ? ? （ 31） 其中 ， 信號(hào) ()sn 是均值為 0， 方差為 2s? 的高斯過程 ， 假定噪聲 nw 是均值為 0， 方差為 2? 高斯過程 ， 它與信號(hào)是相互獨(dú)立的。能量檢測(cè)法是一種 較易實(shí)現(xiàn) 的信號(hào)檢測(cè)方法 ， 屬于信號(hào)的非相干檢測(cè) ，它無需知道被檢測(cè)信號(hào)的任何先驗(yàn)知識(shí)。另外 ， 在協(xié)同檢測(cè)中 ， 由于不同節(jié)點(diǎn)的靈敏度和檢測(cè)時(shí)間不同 ， 在結(jié)合這些節(jié)點(diǎn)所檢測(cè)的信息的時(shí)候要采取加權(quán)結(jié)合的方式 。通常 ， 多徑衰落和遮蔽 效應(yīng)是造成檢測(cè)授權(quán)用戶性能下降的主要原因 ， 協(xié)同檢測(cè)能夠很大程度上消減多徑衰落和遮蔽效應(yīng) ， 從而提高即使是在嚴(yán)重的遮蔽環(huán)境下的檢測(cè)成功的概率。協(xié)同檢測(cè)的結(jié)構(gòu)可以是集中式的 ， 也可以是分布式的。認(rèn)知無線電的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間可能是視距 (LineOfSight， LOS)的 ， 但是由于遮蔽等原因 ， 它或許不能檢測(cè)到授權(quán)用戶的發(fā)射機(jī) ， 如圖 24(b)所示。當(dāng)然 ， 它比能量檢測(cè)器更加復(fù)雜并且需要更長的觀測(cè)時(shí)間。周期功率譜密度函數(shù)不同于通常意義的功率譜密度函數(shù)。雖然數(shù)據(jù)是隨機(jī)的 ， 但是這些調(diào)制后的信號(hào)的均值和自相關(guān)函數(shù)都具有周期性 ， 因而稱其為周期平穩(wěn)特性 [12](Cyclostationarity)。其次 ， 能量檢測(cè)法無法區(qū)分出有用信號(hào)、干擾及噪聲。 雖然能量檢測(cè)法簡(jiǎn)單易行并且不需要被檢測(cè)信號(hào)任何的先驗(yàn)知識(shí) ， 但它固有的缺陷限制了它的使用。從上述公式可以看出 ， 一個(gè)低檢測(cè)概率 dP 將會(huì)導(dǎo)致有很大的（論文） 第 12 頁 共 68 頁 概率丟失已出現(xiàn)的授權(quán)用戶信號(hào) ， 這就反過來增加了 對(duì) 授權(quán)用戶的干擾 ；如果 fP 過高的話 ， 由于錯(cuò)誤警報(bào)會(huì)使用頻譜利用機(jī)會(huì)丟失 ， 這將會(huì)導(dǎo)致頻譜利用率的低下。能量檢測(cè)方法對(duì)信號(hào)沒有作任何假設(shè) ， 是一種盲檢算法。 （論文） 第 11 頁 共 68 頁 能量檢測(cè) 能量檢測(cè)法是一種比較簡(jiǎn)單的信號(hào)檢測(cè)方法 [9]， 屬于信號(hào)的非相干檢測(cè) ， 直接對(duì)時(shí)域信號(hào)采樣值求模 ， 然后平方即可得到；或利用 FFT轉(zhuǎn)換到頻域 ， 然后對(duì)頻域信號(hào)求模的 平方也可 得到。在認(rèn)知無線電設(shè)備中使用匹配濾波器 ， 實(shí)際上完成的是解調(diào)主用戶的信號(hào) ， 這樣認(rèn)知用戶就必須知道主用戶的物理層和 MAC層信息 ， 如調(diào)制方式、時(shí)序、脈沖波形及數(shù)據(jù)包格式等 ， 利用這些信息來實(shí)現(xiàn)與待測(cè)信號(hào)在時(shí)域和頻域上的同步 ， 從而解調(diào)信號(hào)。因此 ， 通常的方法是檢測(cè)當(dāng)前某一頻帶內(nèi)是否有主 發(fā)射信號(hào)存在。 （論文） 第 10 頁 共 68 頁 假設(shè)授權(quán)接收機(jī)分布密度為 2/Dkm ， 總信道數(shù)為 M認(rèn)知無線 電干擾半徑為 R， 則認(rèn)知無線電用戶至少可以找到一個(gè)空閑信道的概率為 111{ ( 1 ) ( 1 ) } ( 1 )2DM s r r D rrsMD sp q qsr????? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ??? （ 22） 式中 2 6 2/ (10 )q R m?? 。由于主接收機(jī)通常都是被動(dòng)的 ， 認(rèn)知用戶無法知道主接收機(jī)的具體位置 ， 所以也就不能有效估計(jì)出會(huì)對(duì)鄰近主接收機(jī)造成多大干擾。定義為 [5] , ( , )() IcIc P f BT f B kB? (21) 式中 ， k是波茲曼常數(shù) ， k = 10?23 J / K ， IT 為噪聲溫度 ， ( , )IcP f B 是帶寬為 B ， 頻點(diǎn) cf 處的干擾的平均功率。該模型要求發(fā)射基站有意識(shí)地控制信號(hào)發(fā)射功率 ， 使接收端接收信號(hào)功率接近其噪聲電平（噪聲功率統(tǒng)計(jì)平均值）。因此 ， FCC 和美國加州大學(xué)伯克利分校的學(xué)者分別提出了以接收機(jī)為中心的干擾溫度估計(jì)和本振泄露檢測(cè)方法。 單用戶的頻譜感知只有本地感知過程 ， 而合作頻譜感知?jiǎng)t包括本地感知和對(duì)本地感知結(jié)果的處理兩個(gè)過程。 圖 21是根據(jù)國內(nèi)外的研究情況總結(jié)的頻譜感知技術(shù)的主要分類 [3]。感知頻譜環(huán)境體現(xiàn)了認(rèn)知無線電最顯著的特征：能夠感知并分析特定區(qū)域的頻段 ， 找出適合通信的頻譜空穴 ， 利用特定的技術(shù)和處理 ， 在不影響已有通信系統(tǒng)的正常工作 前 提下進(jìn)行工作。這些方面的研究也取得了重要的進(jìn)展。 (2)能夠選擇最好的可用信道 ， 這通過頻譜分析和頻譜決策來實(shí)現(xiàn)。最有代表性且影響最大的是美國國防部高等研究計(jì)劃署的下（論文） 第 6 頁 共 68 頁 一代通信計(jì)劃 (XG， neXt Generation Program)， 于 20xx年成立 XG工作組 ， 著眼于開發(fā)認(rèn)知無線電的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)和動(dòng)態(tài)頻譜管理標(biāo)準(zhǔn)。這是世界上第一個(gè)基于認(rèn)知無線電技術(shù)的空中接口標(biāo)準(zhǔn)化組織 ， 其目的是研究基于認(rèn)知無線電的物理層、媒體訪問控制 (MAC)層和空中接口 ， 以無干擾的方式使用已分配給電視廣播的頻段。 IEEE、 ITU、軟件無線電論壇等標(biāo)準(zhǔn)化組織和行業(yè)聯(lián)盟接納了該技術(shù)并先后制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)以推動(dòng)認(rèn)知無線電技術(shù)的發(fā)展。 認(rèn)知無線電的基本定義可歸納為：認(rèn)知無線電是可以感知外界通信環(huán)境的智能通信系統(tǒng)。 從以上介紹可以看出 ， 為了提高頻譜利用率需要充分利用檢測(cè)到的 “ 頻譜空洞 ，這是認(rèn)知無線電技術(shù)的一項(xiàng)基本應(yīng)用。 當(dāng)非授權(quán)通信用戶通過 “ 借用 ” 的方式使用已授權(quán)的頻譜資源時(shí) ， 必須保證自身的通信不會(huì)影響到其它已授權(quán)用戶的通信。這種應(yīng)用一定要建立在已授權(quán)頻段沒有被利用或只有很少的通信業(yè)務(wù)在活動(dòng)的基礎(chǔ)上。因而 ， 尋求一種更有效的頻譜管理方式 ， 充分利用各地區(qū)、各時(shí)間段的空閑頻段 ， 緩解不斷增長的頻譜的需求矛盾 ， 成為人們關(guān)注的問題。這里從不同角度和方面總結(jié)了目前提高頻譜利用率技術(shù) ， 如圖 12所示。而 3GHz以下頻段 ， 根據(jù)伯克利無線研究中心（ Berkeley Wireless Research center， BWRC)的研究報(bào)告發(fā)現(xiàn) ， 頻譜資源在時(shí)域及頻域上有多達(dá) 70%未被充分利用。 下圖為使用分辨率為 20KHz、 30176。于是在無線和移動(dòng)通信迅速發(fā)展的今天 ， 頻譜資源貧乏的問題也顯得日益嚴(yán)重。 第五章對(duì) 全文的工作進(jìn)行了總結(jié) ， 并對(duì)未來的工作進(jìn)行了展望。 具體安排如下： 第一章介紹課題研究的背景知識(shí) ， 研究?jī)?nèi)容的必要性、重要性以及本論文研究的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排 。 這時(shí)， 提出 分析 了 基于數(shù)據(jù)融合的協(xié)作頻譜感知方法 ，分析研究數(shù)據(jù)融合的協(xié)作檢測(cè)對(duì)用戶檢測(cè)性能的影響。 認(rèn)知無線電能從根本上解決因頻譜的固定分配政策導(dǎo)致的對(duì)頻譜資源利用不合理的問題 ， 為解決如何在有限頻譜資源條件下提高頻譜使用率這一無線通信難題開辟了一條新的途徑。spectrum sensing。 頻譜感知技術(shù)是認(rèn)知無線電最關(guān)鍵的技術(shù)之一。 它 作為一種革命性的智能頻譜共享技術(shù) ， 已成為無線通信領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn) 。 關(guān)鍵詞： 認(rèn)知無線電； 頻譜感知 ；數(shù)據(jù)融合；協(xié)作檢測(cè) Research of Cooperative Spectrum Sensing Based on Data Fusion Abstract: To improve and enhance the utilization of the spectrum resource in the field of the wireless munication， cognitive radio technology has been proposed as a new method． As a revolutionary intelligence technology， cognitive radio is being a hot research topic in the field of the wireless munication． Spectrum sensing technology is one of the most critical technologies in cognitive radio． Thus， this paper is based on the energy detection method in a sigle user． Meanwhile， this paper simulates and analyses some parameters such as the prob ability of detection， the probability of undetected， false alarm probability， threshold， SNR and so on． Besides， its detection performance is to fading channel， shadowing effection， noise uncertains and other factors， the decline in detection performance happened， and cooperative spectrum sensing data fusion methods have been proposed， such as AND guidelines， OR guidelines， KN guidelines． Lastly， this paper analyses the characteristics of the different fusion methods， performance and usage scenarios. Keywords: cognitive radio。 為了盡量提高現(xiàn)有已分配頻譜的利用率 ， 認(rèn)知無線電的概念應(yīng)運(yùn)而生 。 由于無線通信的特殊環(huán)境，信號(hào)傳播過程中存在多徑、陰影效應(yīng)等干擾因素，因此 單個(gè) 認(rèn)知用戶可能會(huì)出現(xiàn) 較低的檢測(cè)概率，從而加劇了對(duì)于授權(quán)用戶的干擾。最后針對(duì)于單用戶能量檢測(cè)受到信道衰落、陰影效應(yīng)和噪聲不確定性等因素的影響產(chǎn)生性能下降 ， 引入了基于數(shù)據(jù)融合的協(xié)作頻譜感知方法 ， 并分析其性能。 第四章研究多用戶下的數(shù)據(jù)融合的頻譜感知技術(shù) 的性能分析 。但是在這些已分配的授權(quán)頻段與非授權(quán)頻段中存在著頻譜資源利用的不平衡性：一方面 ， 授權(quán)頻段占用了整個(gè)頻譜資源的很大一部分 ， 但其中不少頻段處于空閑狀態(tài)；另一方面 ， 開放使用的非授權(quán)頻段占整個(gè)頻譜資源的很少一部分 ， 但在該頻段上的用戶很多 ， 業(yè)務(wù)量也很大 ， 無線電頻段已基本趨于飽和。根據(jù) FCC(美國聯(lián)邦通信委員會(huì) )調(diào)查顯示 ， 有15％到 85％的已分配頻譜資源只是被偶爾占用或者地域性占用。其中 ， 34GHz的頻段利用率只有 %， 45GHz 的頻段利用率甚至只有 %。令人欣慰的是 ， 近年來新技術(shù)的迅猛發(fā) 展為頻譜高效利用提供了可能。 34倍頻譜效率的提高對(duì)于人們成百上千倍的帶寬需求增長是微不足道的。 認(rèn)知無線電技術(shù)的基本出發(fā)點(diǎn)就是：為了提高頻譜利用率 ， 具有認(rèn)知功能的無線通信設(shè)備可以按照機(jī)會(huì)接入的方式 ， 在不影響授權(quán)頻段正常通信的基礎(chǔ)上 ， 在已授權(quán)頻段的空閑頻段內(nèi)動(dòng)態(tài)地利用頻譜資源。認(rèn)知無線電能從根本上解決因頻譜的固定分配政策導(dǎo) 致的對(duì)頻譜資源利用不合理的問題 ， 為解決如何在有限頻譜資源條件下提高頻譜使用率這一無線通信難題開辟了一條新的途徑。由于這些規(guī)則可以隨時(shí)根據(jù)頻譜的利用情況、通信業(yè)務(wù)的負(fù)荷與分布等進(jìn)行不斷地調(diào)整 ， 因此通過這些規(guī)則頻譜管理者就能以更為靈活的方式來管理寶貴的 頻譜資源。認(rèn)知無線電采用無線電領(lǐng)域的基于模型的方法對(duì)控制無線電頻譜使用的規(guī)則 (如射頻頻段、空中接口、協(xié)議以及空間和時(shí)間模式等 )進(jìn)行推理 ， 通過無線電知識(shí)表示語言 (RKRL)表述無線電規(guī)則、設(shè)備、軟件模塊、電波傳播特性、網(wǎng)絡(luò)、用戶需求和應(yīng)用 場(chǎng)景的知識(shí) ， 以增強(qiáng)個(gè)人業(yè)務(wù)的靈活性 ， 使軟件無線電技術(shù)能更好地滿足用戶需求。由此可以總結(jié)出認(rèn)知無線電