【正文】 檢測的基本假設模型可以描述為： ??????? HHtntxth tnty 10)()(*)( )()( （ 41） )(ty 是認知用戶接收到的信號， )(tx 是主用戶發(fā)射的信號， )(tn 是加性高斯白噪聲， h(t)是信道的增益。融合單元選擇接收信噪比量最大南京郵電大學通達學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 23 的 k個用戶的判決結果進行合作，系統(tǒng)檢測概率為 ?? ???kj jdd pp 1 , )1(1。由于遮擋影響，多個用戶站的接收信噪比由于遮擋影響是不同的，一般呈對數(shù)正態(tài)分布。理論研究和仿真結果表明 ， 似然比檢測是性能最優(yōu)的檢測方法 ， 其缺點在于算法復雜度比較高。 （ 3） K/N準則 K/N準則值得是將每個認知用戶的本地判決結果加起來，將所得的數(shù)值與預期先設定的門限 K相比較，若超過該門限值，則判決為有住用戶信息存在，否則 判決為至用戶信息不存在。目前大多數(shù)認知無線電合作檢測主要以硬判決為主，即多個傳感器先對采樣數(shù)據(jù)進行判決，再將其所判 決的結果交給融合單元做出下一步判決。在 IEEE 標準中，這種基于外部節(jié)點的合作感知方法也被建議用來檢測主用戶信號。這種基于外部節(jié)點的頻譜感知算法解決了頻譜感知任務由認知無線網(wǎng) 絡內(nèi)部認知用戶完成的問題，徹底解放了認知無線電網(wǎng)授權給主用戶的某段頻譜 認知用戶 1 認知用戶 2 認知用戶 3 認知用戶 n 信息融合中心 y1 y3 y4 y2 U1 U2 U3 un …… U0 南京郵電大學通達學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 20 絡內(nèi)部的認知用戶，使得網(wǎng)內(nèi)的認知用戶可專注于傳輸各種無線通信數(shù)據(jù)，而不必為頻譜感知額外增加網(wǎng)絡系統(tǒng)的開銷。然而，分布式合作頻譜感知方法也有一個顯 著的缺點，那就是算法復雜度較高，要求每個認知節(jié)點有很強的信號處理能力。由于中心式合作感知方法需要一個中心節(jié)點來收集各 SU 本地感知信息，并將這些信息按照某種融合算法進行數(shù)據(jù)融合，進而實現(xiàn)頻譜感知。依據(jù)認知用戶合作的方南京郵電大學通達學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 18 式，可以分為 中心式 和分布式 以及基于外部節(jié)點式這三類。合作頻譜感知克服了多徑衰落和陰影效應的影響，能夠大大 提高對主用戶和頻譜空穴的檢測性能。因此用對策論方法研究的功率控制問題最終被歸結為一個非合作對策。此外， Clemens等人提出了一種相對智能的功率分配策略，可將對策論和遺傳算法相結合。而當主用戶再次出現(xiàn)時也需考慮其信南京郵電大學通達學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 16 道選擇的方案。之后很多研究對該方法進行了改進，以接近最優(yōu)分配。頻譜共享池的基本思想是將一部分分配給不同業(yè)務的頻譜合并成一個公共的頻譜池，并將整個頻譜池劃分為若干個子信道，因此信道是頻譜分配的基本單位。接受信號經(jīng)過射頻放大后，需和本地產(chǎn)生的本振信號進行混頻處理。此外，該方法需要的計算復雜度較高?；驹砣缦拢? 對于概率密度函數(shù)對稱于零的 平穩(wěn)噪聲過程，其采樣的奇次階矩為零。它與離散小波變換的區(qū)別就在于它不僅分解近似空間，也分解細節(jié)空間，這就意味著它可以實現(xiàn)對頻域的等間隔劃分?！鳓貫樾〔ê瘮?shù)Ψ (t)的頻率窗寬度，大約等于π /2。 能量檢測法相對簡單、易實施，在許多研究中被采用，并且，它屬于非相干檢測，對相位同步要求不高。 （ 3） 能量檢測 能量檢測算法又稱為基于功率的檢測算法，通過測量一段觀測空間（頻域或時域）內(nèi)的接受信號總能量來判斷是否有授權用戶信號出現(xiàn)，是一種非相關的次優(yōu)檢測算法。 （ 2） 循環(huán)平穩(wěn)特征檢測 由于授權信號經(jīng)過調(diào)制、編碼等處理 ，為了便于接收機進行解調(diào)、解碼，授權信 號中均存在一定的冗余信息，從而使它們的統(tǒng)計特性、均值、自相關函數(shù)都呈現(xiàn)循環(huán)周期性。 在 CR 系統(tǒng)中，頻譜檢測不僅對頻譜 空穴 的檢測起決定作用，同時也對頻譜狀態(tài)進行監(jiān)測 。如何根據(jù)無線背景環(huán)境的相關數(shù)據(jù)進行分析預測是一個非常重要的課題。而作為認知無線電用戶又必須能夠發(fā)現(xiàn)他們的存在 ， 從而避免對其產(chǎn)生干擾 ， 這就為頻譜檢測提出了更為艱巨的要求 。由于 CR技術能夠提高頻譜的利用率， CR技術和無線 Mesh網(wǎng)的結合可以用于人口稠密城市的無線寬帶接入。目前 認知無線電 的應用大多是基于 FCC的觀點，因此也稱 認知無線電 為頻譜捷變無線電、機會頻譜接入無線電等。 認知無線電 使 軟件定義無線電 從預置程序的盲目執(zhí)行者轉變成為無線電領域的智 能代理。 南京郵電大學通達學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 4 與國外相比，國內(nèi)關于認知無線電技術 的研究起步較晚，國家自然科學基金和國家 863計劃基金從 20xx年 開始自主一些單位進行認知無線電技術方面的研究。認知無線電在特定頻段上進行探測 ， 如果發(fā)現(xiàn)該 頻段當前未被使用 , 可以在不影響首要用戶的前提下使用該頻段 ，則占用該頻段， 如果該頻段的首要用戶恢復無線傳輸 ， 那么認知無線電設備就跳轉到其他頻段或者通過改變傳輸功率、調(diào)制方式等手段來避免對首要用戶產(chǎn)生干擾。 第 三 章論述 了認知無線電的關鍵技術，即頻譜感知、動態(tài)頻譜分配以及功率控制技術，并且著重論述了 頻譜檢測的方法，包括主用戶發(fā)射端檢測和主用戶接收端檢測。其核心思想是通過檢測哪些頻譜處于空閑狀態(tài)，在不影響授權用戶的前提下智能地選擇和利用這些空閑頻譜，從而提高頻譜的利用率。人們通過采用先進的無線通信理論和技術，如鏈路自適應技術、多天線技術等努力提高頻譜效率的同時，卻發(fā)現(xiàn)全球授權頻段，尤其是信號傳播特性比較好的低頻段的頻譜利用率極低 。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。仿真結果表明，加權合作頻譜感知不僅克服了目前合作頻譜感知方法的不足，其檢測性能也優(yōu)于目前的方法 。這些技術在提高頻譜利用率的同時卻增加了干擾，限制了通信系統(tǒng)的容量和靈活性。 基于上述問題，本文 提出了 一種 基于 加權 的 合作頻譜感知技術，它根據(jù)單個認知用戶工作處在不同的信噪比下，動態(tài)地賦予每個認知 用戶不同的權重，在認知用戶將判決送到融合中心后，中心對各個認知用戶的判決加以不同的權重后再作出判決，從而可以提高頻譜感知的性能。 認知無線電也被稱為智能無線電 ， 從廣義上來說是指無線終端具備足夠的智能或者認知能力 ， 通過對周圍無線環(huán)境的歷史和當前狀況進行檢測、分析、學習、推理和規(guī)劃 ， 利用相應結果調(diào)整自己的傳輸參數(shù) ( 包括頻率、調(diào)制方式、發(fā)射功率等 ), 使用最適合的無線資源完成無線傳輸。美國電氣和電子工程師協(xié)會（ IEEE） 在 20xx年 11月成立了 ，這是第一個基于認知無線電技術的空中接口標準化組織。但以上這些具有基本認知能力的技術只是 認知無線電 功能的極小一部分，這些技術可以按漸進的方式擴展直到實現(xiàn) 認知無線電 承諾的全部性能。FCC提出的 認知無線電 功能是以上兩種認識的一個相對簡化的版本。目前主要的 UWB 設計方案包括直接序列 UWB 方案和多頻帶 OFDMUWB 方案， 等人論證了多頻帶 OFDMUWB 方案更適合 CR 技術的應用。 認知無線 電的 主要功能 檢測 由特殊應用環(huán)境所決定 ， 認知無線電必須具備精確的無線頻譜檢測能力 ， 必須在可使用的全頻段范圍內(nèi)多維度進行頻譜檢測 ， 從而發(fā)現(xiàn)可使用的頻段 。 調(diào)整 調(diào)整能力是完成傳輸?shù)年P鍵 ， 根據(jù)檢測和分析的相關結果 ， 認知無線電設備通過先進 的功率控制技術、不同的編解碼以及調(diào)制技術 ， 選擇合適的頻點和發(fā)射時機 ， 從而成功地完成傳輸。 待檢測的頻譜可分成三種情況：黑色區(qū)域，常被高能量的局部干擾所占用；灰色區(qū)域，有部分時間被低能量干擾所占用；白色區(qū)域，只有環(huán)境噪聲而沒有射頻干擾占用。同理， H1條件下， Z服從均值為 ? ， 方差為 ??2w 的高斯分布。 如果信號具有循環(huán)遍歷性，統(tǒng)計平均可以由時間平均來代替。 圖 能量檢測模型 假設主用戶信號 s(n)和噪聲信號 u(n)都是高斯分布的，均值及方差分別為 μ1和μ2及 σ1和 σ2。 離散小波變換對信號的分解過程是將某級近似空 間分解為下一級近似空間 V和細節(jié)空間 W，而對各級細節(jié)空間則不考慮進行分解的問題。接收信號 r(t)可以展開為 () J k J k jk jkk j J kr t c d??? ? ?? ? ? ? ? ? ???? ? ? （ 219） 其中， cjk=r(t),Φ jk,djk=r(t),Ψ jk。此外，該方法還可以通過采用不同的分辨率分析主用戶頻段，以進一步提高檢測的速度。在信號波形未知而造成匹配濾波器性能惡化時，利 用該方法對確定性信號進行檢測的性能與已知波形時匹配濾波器的檢測性能相近。 等人提出了一種本振泄露的檢測方法，通過檢測本振泄露功率來 判斷 主接收機所使用的信道，可以準確地定位主用戶，同時次用戶也可以利用這些信息確定工作頻段。 動態(tài)頻譜分配 由于 CR網(wǎng)絡中用戶對帶寬的需求、可用信道的數(shù)量和位置都是隨時變化的，傳統(tǒng)的話音和無線網(wǎng)絡的 DSA方法不完全適用。由于經(jīng)典對策模型不包含學習環(huán)節(jié)，采用一些嵌入學習功能的改進型對策模型如貝葉斯對策等，是目前研究的熱點問題。其基本思路是用戶通過觀察本地干擾碼型，依據(jù)預先設定的適用于不同場景的規(guī)則獨立決策選擇信道，從而使系統(tǒng)的性能、復雜度和通信成本取得折衷，因此該方法也稱為基于規(guī)則的方法。 功率控制 采用 CR技術實現(xiàn)頻譜共享的前提是必須保證對主用戶不造成干擾，而每個分布式操作的認知用戶的功率分配是造成干擾的主要原因，因此需要探索適用于 CR技術的分布式功率控制方法。到目前為止，一般主要應用信息論和對策論來解決其功率控制的難題。 南京郵電大學通達學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 17 第 四 章 合作頻譜 檢測技術 概述 認知無線電有三個基本任務：頻譜感知、動態(tài)頻譜分配和發(fā)送功率控制。當認知用戶做出這兩類錯誤的判斷后就會傳輸自己的數(shù)據(jù)，從而對主用戶的通信造成干擾，發(fā)生隱藏終端問題。將認知用戶感知的結果先進行量化，然后再將量化后的數(shù)據(jù)傳送給融合中心進行進一步判決。針對這種問題，人們提出了分布式合作頻譜感知的方法。分布式合作檢測的原理圖如圖所示， )1( niyi ??表示第 i個認知用戶檢測到的主用戶的頻譜使用情況， )1( niui ?? 表示第 i個認知用戶做出的本地判決，被送到信息融合中心，信息融合中心利用融合準則得到最后的判決 u0 。該傳感網(wǎng)絡只有感知單位節(jié)點組成，能對頻譜進行連續(xù)性或周期性感知。在 IEEE 系統(tǒng)中，合作檢測中不需要很復雜的層次，實際上，只有用戶和接收端兩個層次，存在兩種合作的情況：接收端直接處理用戶 站的采樣數(shù)據(jù)，另一種是用戶站先對采樣數(shù)據(jù)進行判決，再將其所判決結果交給接收端做出下一步判決。 （ 2） 與 (AND) 融合規(guī)則 在多個認知用戶組成的網(wǎng)絡中 ， 所有的認知用戶都檢測出存在授權用戶 ， 則基站才判決該頻段存在授權用戶。 (1) 分區(qū)算法 分區(qū)算法是一種綜合利用了硬判決和軟判決的方法。而他們的判決結果會對合作檢測的結果造成嚴重影響。這里給出一個最佳部分融合數(shù)的方法。仿真結果表明，加權合作頻譜感知不僅克服了目前合作頻譜感知 方法的不足，其檢測性能也優(yōu)于目前的方法，能大大提高對主用戶和頻譜空穴的檢測概率。檢驗統(tǒng)計量 Y的分布為： ????。 南京郵電大學通達學院 20xx 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 24 第 五 章 基于加權的認知無線電檢測融合技術 概述 盡管目前提出了一些合作頻譜感知方法，但是研究主要集中在單個認知用戶獨立同分布且具有相同的平均信融 噪比情況下，以等權重的方 式進行數(shù)據(jù) 合，在實際工作環(huán)境下，單個認知用戶由于分布在不同的地理位置和環(huán)境，其平均信噪比也會不同，每個認知用戶的局部判決在融合中心對全局判決的影響也不相同，而目前等權重的感知算法沒有考慮這些因素的響，因此它并不是最優(yōu)的。在線用戶數(shù)量一定的情況下，選擇參與融合的用戶站的數(shù)量將會影響到系統(tǒng) 的檢測性能。 部分用戶合作 有些時候參與合作檢測的用戶可能處于深度衰落或遮擋中，或者由于周圍存在著較強的干擾，無法對授權信號做出準確的檢測 。然后把軟判決結果發(fā)送到處理中心。 使用該融合規(guī)則 ,檢測概率和虛警概率分別為 ： ?? ??? ni did PP 1 )1(1 （ 31） ?? ??? ni fif PP 1 )1(1 （ 32） 式中， n為參加合作的 認知用戶數(shù)， P