【正文】 利用兩個(gè)門限值將一部分用戶進(jìn)行硬融合、一部分用戶進(jìn)行軟融合，基于能量檢測(cè)的雙門限方法的主要步驟如下 : 1)判斷 M 個(gè)次用戶檢測(cè)能量),...2,1( MiYi ?是否落入?yún)^(qū)間),( 21??。基于能量檢測(cè)的軟融合算法的檢測(cè)概率dP和虛警概率fP的定義與能量檢測(cè)的相同 : ???????????)(r)(r01HYP HYPfd ?? (313) 1. EGC 算法 EGC 方法是等增益融合，也就是每個(gè)次用戶的加權(quán)系數(shù)iw相同， L 表示分集支路的個(gè)數(shù)，每個(gè)分集支路的信噪比是),...1( Lll ??，在認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中表示次用戶的個(gè) 數(shù)，與 M 具有相同的意義?？梢岳斫鉃楫?dāng)任何一個(gè)次用戶認(rèn)為有主用戶信號(hào)存在時(shí)就判定在該頻段上有主用戶出現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，提出一種基于雙門限算法的改進(jìn)分組協(xié)作頻譜感知算法。 干擾溫度模型更適用于類似 UWB 的頻譜重疊的動(dòng)態(tài)頻譜接入方法， UWB的傳輸距離短，干擾功率要遠(yuǎn)低于噪聲電平。為了避免這種情況的出現(xiàn)， FCC 提出一種新型干擾測(cè)量模型一一干擾溫度 [33]，用來(lái)表示次用戶在共享頻段內(nèi)對(duì)主用戶接收機(jī)產(chǎn)生的干擾功率，是一個(gè)衡量干擾功率以及其帶寬的量，其單位為開(kāi)爾文 (Kelvin)，定義為 : KB BfPBfT cIcI ),(),( ? （ 214） 其中 ),( BfP cI 為中心頻率 cf 、帶寬 B 的干擾信號(hào)的平均功率， K 是貝爾茲曼常數(shù)， K= 1023J/Kelvin。若采用本振泄漏功率的方法，次用戶就可對(duì)這些接收機(jī)進(jìn)行定位，并且對(duì)它們的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。軟融合包括等增益合并 (Equal GainCombining, EGC),選擇合并 (Selection Combining, SC)以及切換保留合并 (Switch and Stay Combining ,SSC)等方法。其優(yōu)點(diǎn)是可以解決頻譜 感知中由噪聲的不確定性、衰落、陰影效應(yīng)引起的問(wèn)題 。比如，頻譜感知中最常使用的能量檢測(cè)中所使用的門限很容易受到噪聲等級(jí)變化的影響。 本地檢測(cè)方法的對(duì)比 復(fù) 雜 度 準(zhǔn)確度能 量 檢 測(cè)循 環(huán) 平 穩(wěn)檢 測(cè)匹 配 濾 波器 方 法 圖 23 本地檢測(cè)方法的對(duì)比圖 理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 圖 23 顯示的是三種本地檢測(cè)算法在復(fù)雜度和準(zhǔn)確性能上的對(duì)比，從中可以看出在這些檢測(cè)方法中，能量檢測(cè)是最容易實(shí)現(xiàn)、復(fù)雜度最低的，而準(zhǔn)確度最高的則是匹配濾波器方法，同時(shí)也是最復(fù)雜的算法。通過(guò)分析這些已調(diào)信號(hào)的頻譜自相關(guān)函數(shù)可以發(fā)現(xiàn)這些信號(hào)的均值和自相關(guān)函數(shù)表現(xiàn)出周期性，因此他們就有著循環(huán)平穩(wěn)的特性。 雖然能量檢測(cè)簡(jiǎn)單易行，但是存在一定的局限性，其不足之處在于 : 1)門限不容易選擇； 2)不易將干擾與主用戶信號(hào)、噪 聲區(qū)別開(kāi)來(lái)； 3)在低信噪比 (signaltonoise, SNR)情況下的性能不高； 4)不能很好地檢測(cè)擴(kuò)頻信號(hào)。 B P F 門 限2(.) ??Nn 0判 決????? 10HH 圖 22 能量檢測(cè)實(shí)現(xiàn)框圖 由上面的分析可知能量檢測(cè)的檢測(cè)量 Y 為 : ???Nn nyY 02)( （ 23） 其中 N 是觀測(cè)到的信號(hào)的維數(shù)，也就是信號(hào)采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù) 。因此本地檢測(cè)的基本假設(shè)模型是 [29]： ??? ??? )()()(: )()(:10 nwnsnyH nwnyH （ 22） 其中 , 0H 表示信道中不存在主用戶、頻譜未被占用的假設(shè)； 1H 表示信道中主用戶出現(xiàn)，此時(shí)次用戶必須從占用的頻段中退避，避免對(duì)主用戶造成干擾。 第 4 章：結(jié)束語(yǔ)，總結(jié)全文 內(nèi)容，并提出下一步的研究方向。這種頻譜感知的方法稱為分組 (簇 )協(xié)作頻譜感知 [27]。當(dāng)然，次用戶也可以不獨(dú)立判決，直接將其感知的信息發(fā)送給融合中心，進(jìn)行統(tǒng)一判決。 而 G. Staple 和 K. Werbach 在 20xx 年的文章 [7]中提出了認(rèn)知圈 ,將上述認(rèn)知任務(wù)包含在內(nèi) ,如圖 11 所示 認(rèn)知圈中包含了認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)任務(wù)以及任務(wù)之間的關(guān)系。北京交通大學(xué)無(wú)線寬帶移動(dòng)通信研究所對(duì)北京地區(qū)的頻譜占用情況進(jìn)行了測(cè)量 [3], 698~806MHz 頻段頻譜利用率為 %,850~970MHz 頻段的頻譜平均利用率為 %, 1000~20xxMHz 頻段的頻譜利用率不足 1%。Clusterbased CCS。其中，多用戶協(xié)作頻譜檢測(cè)因其較傳統(tǒng)單用戶檢測(cè)，具有更優(yōu)的檢測(cè)性能以及抗信道衰落能力，已經(jīng)成為現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)，本文就認(rèn)知無(wú)線電中的協(xié)作頻譜感知技術(shù)展開(kāi)了深入研究。 編號(hào) 本科生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 基于雙門限的分組協(xié)作頻譜檢測(cè)算法研究 Study on Detection Algorithm Based on Double Threshold Cooperative Spectrum 學(xué) 生 姓 名 XXX 專 業(yè) 通信工程 學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 教 師 XX 學(xué) 院 電子信息工程學(xué)院 二〇一三年六月 理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)承諾書(shū) 1．本人承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）《基于雙門限的分組協(xié)作頻譜檢測(cè)算法研究》，是認(rèn)真學(xué)習(xí)理解 學(xué)校的《長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作條例 》后，在教師的指導(dǎo)下，保質(zhì)保量獨(dú)立地完成了任務(wù)書(shū)中規(guī)定的內(nèi)容，不弄虛作假，不抄襲別人的工作內(nèi)容。 論文首先介紹的是認(rèn)知無(wú)線電提出的背景和其中的關(guān)鍵技術(shù)，介紹 了常用的單用戶檢測(cè)算法及優(yōu)缺點(diǎn)，其中重點(diǎn)介紹了能量檢測(cè)算法及其在各信道下的檢測(cè)性能 ,隨后針對(duì)單用戶檢測(cè)存在的種種局限，引入了多用戶協(xié)作頻譜檢測(cè)的概念。Doublethreshold。這些已被分配的頻譜的利用率低下使得人們開(kāi)始重新審視頻譜資源的分配與使用 ,一方面 ,大量新增用戶對(duì)頻譜資源的需求日益增長(zhǎng) ,另一方面 ,授權(quán)用戶對(duì)于已分配頻段的 ”浪費(fèi) ”地使用 ,產(chǎn)生大量頻譜空穴 (spectrum hole),頻譜空穴的定義是 :分 配給主用戶的但在特定時(shí)間特定地理位置沒(méi)有被使用的那些頻段 [4]。 無(wú) 線 環(huán) 境（ 外 部 環(huán) 境 ） 發(fā) 送 功 率 控 制 頻 譜 管 理信 道 狀 況 估 計(jì)建 模 預(yù) 測(cè)無(wú) 線 電 場(chǎng) 景分 析干 擾 溫 度量 化 信 道 容 量動(dòng) 作 ： 發(fā) 送 的 信 號(hào)頻 譜 空 穴噪 聲 層 分 析通 信 量 分 析射 頻 激 勵(lì) 圖 11 G. Staple 等提出的認(rèn)知圈模型 [7] 在 20xx 年 Simon Haykin 的特邀文章 [8]中對(duì)認(rèn)知無(wú)線電進(jìn) 行重新的定義：認(rèn)知無(wú)線電是一種智能的無(wú)線通信系統(tǒng) ,它能感知周圍環(huán)境 ,使用一種理解 建立的方式學(xué)習(xí)周圍的環(huán)境 ,并實(shí)時(shí)地對(duì)特定參數(shù) (發(fā)送功率 ﹑ 載波頻率 ﹑ 調(diào)制方式等 )做出相應(yīng)的改變使得其內(nèi)部狀態(tài)適應(yīng)射頻激勵(lì)統(tǒng)計(jì)上的變化 ,這里有兩個(gè)主要的目標(biāo)： （ 1） 需要在任何時(shí)間任何地方的通信高度可靠 （ 2）有效地使用無(wú)線頻譜 國(guó)外的一些研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)也積極投入到了認(rèn)知無(wú)線電的研究之中，其中包理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 括 :美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局的下一代 (next generation, XG)計(jì)劃，致力于如何提高頻譜資源的利用率 。 在融合的方法上最初使用 1bit傳送結(jié)果 ,而文章 [18]中提出使用 2bit傳送結(jié)果 ,將判決結(jié)果劃分為四個(gè)區(qū)域，用 2bit 表示 ,這樣的劃分使得傳送到融合中心的內(nèi)容中包含檢測(cè)量更多的信息 ,降低了錯(cuò)判﹑漏判的概率，提高了系統(tǒng)檢測(cè)的性能；Hefdhallah Sakran 在 20xx 發(fā)表的文章 [19]中提出了使用 3bit 匯報(bào)判決結(jié)果，將 結(jié)果劃分為 8 種。 分組協(xié)作頻譜感知 [28]的優(yōu)點(diǎn)如下： 1)感知性能提高：可以提高檢測(cè)概率降低錯(cuò)誤概率 ,獲得更高的可靠性； 2)感知開(kāi)銷降低：減少感知開(kāi)銷 (包括能量消耗﹑時(shí)延﹑所占用的帶寬 ) 分組協(xié)作頻譜感知的基本模型如圖 12 所示 : CR2CR3CR1CH1CR1CR2CHn主用戶（PU） n?n?1?1?融合中心lusterCluster n 圖 12 分組協(xié)作頻譜感知的基本模型 論文的主要研究?jī)?nèi)容和章節(jié)安排 本文主要研究的是認(rèn)知無(wú)線電中的協(xié)作頻譜感知技術(shù)，將現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外的頻譜感知技術(shù)進(jìn)行分析討論 ,指出其不足之處，重點(diǎn)研究了能量檢測(cè)以及協(xié)作頻譜感知中的各種算法，以及這些算法在各種信道下的性能；在此基礎(chǔ)上提出了一種基理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 于雙門限方法以及分組協(xié)作頻譜感知方法的混合型協(xié)作頻譜感知算法，并進(jìn)行了對(duì)主用戶檢測(cè)性能的仿真對(duì)比。 理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 第 2 章 頻譜感知技術(shù) 頻譜感知技術(shù)作為認(rèn)知無(wú)線電中的重要技術(shù) ， 是認(rèn)知無(wú)線電應(yīng)用的基礎(chǔ)。 考慮頻譜檢測(cè)的性能時(shí)，一般由檢測(cè)概率 dP 及虛警概率弓來(lái)描述。 能量檢測(cè)方法的檢測(cè)概率 dP 及虛警概率fP為 : )(r)Pr(01HY HYPfd ????? ?? （ 24） 其中 ? 是能量檢測(cè)算法的判決門限。 匹配濾波器方法 能量檢測(cè)算法的最大優(yōu)勢(shì)在于其簡(jiǎn)單易行，適用范圍廣，通常應(yīng)用在不清楚主用戶先驗(yàn)知識(shí)的情況下；而當(dāng)主用戶的先驗(yàn)知識(shí)已知時(shí)，匹配濾波器檢測(cè)方法是最優(yōu)的單用戶信號(hào)檢測(cè)方法，其主要優(yōu)點(diǎn)是在短時(shí)間內(nèi)就可以達(dá)到一定的錯(cuò)檢概率和虛警概率，事實(shí)上，在低信噪比的環(huán)境下，對(duì)于特定的虛警概率，匹配濾波器所需要的采樣數(shù)是以。具體實(shí)現(xiàn)方式是在給定頻段中檢測(cè)主用戶使用循環(huán)自相關(guān)函數(shù) (Cyclic Autocorrelation Function, CAF)代替功率譜密度 (Power Spectral Density, PSD)。 三種算法具體的優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表 21： 表 21 本地檢測(cè)方法對(duì) 比 檢測(cè)方法 適用范圍 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 能量檢測(cè) 主用戶信息未知 計(jì)算量低，實(shí)現(xiàn)較容易，不需要知道主用戶的先驗(yàn)知識(shí) 準(zhǔn)確性不高 不適用于微弱信號(hào)的 檢測(cè) 不能區(qū)別信號(hào)類型 匹配濾波器方法 主用戶信息未知 時(shí)間短、增益大，精度高 需要解調(diào)主用戶信號(hào) 復(fù)雜度高 循環(huán)平穩(wěn)檢測(cè)算 法 此用戶具有周期自相關(guān)特性 險(xiǎn)能好 能識(shí)別不同調(diào)制方式的信號(hào) 可以區(qū)別噪聲和信號(hào) 可應(yīng)用于擴(kuò)頻信號(hào)的檢測(cè) 運(yùn)算量大 檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng) 協(xié)作頻譜感知 本地檢測(cè)的局限性 在認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中，次用戶應(yīng)該 保證對(duì)主用戶的干擾很小。即使門限值被設(shè)定成自適應(yīng)的，一旦出現(xiàn)帶內(nèi)干擾，能量檢測(cè)器就受到影響。相對(duì)于單用戶檢測(cè)而言大大降低了錯(cuò)檢概率和虛警概率，并且協(xié)作可以解決隱節(jié)點(diǎn)問(wèn)題，并且減少檢測(cè)時(shí)間。在文獻(xiàn) [31]中進(jìn)行了基于能量檢測(cè)的軟融合方法對(duì)比，可以看出 EGC 方法在幅度上可以獲得大約兩個(gè)級(jí)別的增益，而 SC 和 SSC 方法在幅度上能獲得一個(gè)級(jí)別的增益。 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(wú)線超外差接收 機(jī)接收信號(hào)時(shí)，需要將接收到的高頻率信號(hào)進(jìn)行變頻處理，會(huì)產(chǎn)生某些特定頻段的信號(hào)，因此一些信號(hào)也就不可避免地從天線中泄漏出去。 系統(tǒng)設(shè)定一個(gè)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。與干擾溫度模型相關(guān)的另一個(gè)問(wèn)題是在于沒(méi)有主用戶信號(hào)與次用戶信號(hào)重疊，或者主用戶信號(hào)很弱，