【正文】 測本振泄漏算法。 2)分布式 ((distributed sensing):次用戶自己判斷哪段頻段可用，然后與其他用戶共享信息 ,并不需要融合中心，減少損耗以及工作量。軟融合是將所檢測到的內(nèi)容 (如能量值等 )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，由融合中心進(jìn)行最后的判決。 協(xié)作頻譜感知技術(shù) 協(xié)作頻譜感知是 , , 20xx年于文獻(xiàn) [15]中提出的算法，作為頻譜感知中由噪聲不確定性、衰落、陰影效應(yīng)等引起的問題的解決方案。因此，對主用戶的干擾無法避免使得單用戶頻譜檢測也就是非協(xié)作頻譜感知是不可靠的。 循環(huán)平穩(wěn)檢測能夠?qū)⒃肼晱闹饔脩粜盘栔袇^(qū)分出來，歸結(jié)于噪聲的寬平穩(wěn)性 (WideSensing Stationary, WSS)，當(dāng)調(diào)制信號循環(huán)平穩(wěn)時，噪聲與調(diào)制信號沒有相關(guān)性，這樣在分析頻譜的自相關(guān)函數(shù)時就能把噪聲和調(diào)制信號區(qū)分開；循環(huán)平穩(wěn)檢測方法還能夠區(qū)分主用戶以及各種不同的傳輸方式。 匹配濾波器方法的不足之處在于，需要預(yù)先知道發(fā)送信號的結(jié)構(gòu)，解調(diào)出收到的信號，主用戶的信息 (如帶寬、使用頻段、調(diào)制方式及順序、幀結(jié)構(gòu) )必須是理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 9 已知的，因此常用來探測一些發(fā)送雙方都預(yù)知的信號；而且，由于認(rèn)知無線電需要接收機適用于所有接收機，感知單元的實現(xiàn)復(fù)雜度相當(dāng)?shù)凝嫶?；匹配濾波器的另一個局限性是由于要執(zhí)行大量的接收算法來檢測主用戶，需要大量的功率消耗，對于每一種類型的主用戶都要有一個專門的接收器。 在一般通信環(huán)境中，接收機與發(fā)射機之間的路徑為非視距的，接收機接收到的信號幅度服從瑞利 (Rayleigh)分布，則信噪比 ? 服從如下 (29)指數(shù) PDF 分布 : ),exp(1)(???? ??f 0?? （ 29） 其中， ? 是平均信噪比。圖中，將實際接收到的信號通過 帶通濾波器(bandpass filter, BPF)，得到的是濾除帶外干擾后的信號，這樣就只考慮主用戶頻段中的能量，不需要考慮帶外信號。 在本地檢測中 ,假設(shè)接收機接收到的信號為 ： )()()( nwnsny ?? （ 21） 其中 , )(ns 是被檢測信號 , )(nw 是信道中的加性高斯白噪聲 (Additive White Gaussian Noise， AWGN)樣值 ， n 是取樣下標(biāo) ?？偨Y(jié)現(xiàn)有的頻譜檢測技術(shù)，具體介紹了本地頻譜檢測方法﹑協(xié)作頻譜感知方法，以及針對寬帶頻譜的快速檢測的壓縮感知方法，并進(jìn)行了討論。每個組有 個擔(dān)任領(lǐng)導(dǎo)者角色的次用戶稱為簇頭(Cluster Head ,CH)，組中的其他次用戶稱為簇成員。 經(jīng)過近十年的研究，人們已經(jīng)開發(fā)出許多頻譜感知技術(shù)，頻譜感知技術(shù)的發(fā)展從單用戶檢測到多用戶聯(lián)合檢測 ,從單門限檢測到雙門限檢測，從采用 1bit 匯報結(jié)果到 2bit 甚至是 3bit 匯報檢測結(jié)果，從奈奎斯特采樣 (Nyquist Sampling)到采用壓縮感知 (Compressed Sensing, CS)進(jìn)行對寬頻信號進(jìn)行檢測，檢測的性能越來越好，下面分別扼要介紹這些檢測方法 . 頻譜感知最初采用的技術(shù)是單個用戶獨立檢測，方法包括了最常用的能量檢測 (Energy Detector Based Sensing) [12]﹑匹配濾波器方法 (Matched Filtering, MF) [13]﹑循環(huán)平穩(wěn)檢測 (CyclostationarityBased Sensing) [14]等 然而因為無線通信環(huán)境的復(fù)雜和時變性，單用戶檢測面臨著檢測率不高﹑衰落和陰影效應(yīng)等問題， S. Shanker, C. Cordeiro, K. Challapali 等人在文獻(xiàn) [15]提出的一種基于多用戶協(xié)作的頻譜感知方法 —— 協(xié)作頻譜感知 (Cooperative Spectrum Sensing, CSS)有效地克服了上述問題，也使得頻譜感知技術(shù)從單用戶邁向了多用戶協(xié)作的領(lǐng)域 [16][17]。 2)信道鑒定 ,包括估計信道狀態(tài)信息 (estimation of channelstate information, CSI)預(yù)測發(fā)送機可使用的信道容量 。在某一時間 ﹑ 空間內(nèi)只有 15%~85%的無線頻譜資源被授權(quán)用戶使用 [1],美國Shared Spectrum Company所統(tǒng)計的 6 個地區(qū)頻譜利用率平均為 %。 Energy Detection。然而， 有限的頻譜資源使得無線通信的發(fā)展陷入瓶頸，而大部分已經(jīng)分配給授權(quán)用戶的頻段利用率不高，認(rèn)知無線電技術(shù)的提出 ,既解決了頻譜稀缺問題，又提高已分配頻譜的利用率。 3．在畢業(yè)設(shè)計（論文）中對侵犯任何方面知識產(chǎn)權(quán)的行為，由本人承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。通過仿真對比這些協(xié)作檢測的算法，證明了本文提出的算法在檢測性能上優(yōu)于一般的協(xié)作檢測算法，尤其是在匯報信道為衰落信道的環(huán)境下。隨著科技的進(jìn)步，無線通信技術(shù)的發(fā)展，有限的頻譜資源變得越來越緊張，尤其是當(dāng)無線局域網(wǎng) (Wireless Local Area Network, WLAN)﹑ 無線個域網(wǎng) (Wireless Personal Area Network, WPAN)﹑ 藍(lán)牙 (Bluetooth)等無線技術(shù)的大量出現(xiàn)，越來越多的網(wǎng)絡(luò)使用無線方式接入，這部分技術(shù)工作在非授權(quán)頻段 (Unlicensed Frequency Bands, UFB)上。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 認(rèn)知無線電概念最早提出是在的 20xx 年 Joseph Mitola 的博士論文 (Cognitive Radio: An Integrated Agent Architecture for Software Defined Radio)中 ,是從其在1999 年發(fā)表的軟件無線電 (Software Defined Radio, SDR)學(xué)術(shù)論文中延伸出的一個概念 ,而認(rèn)知無線電相比軟件無線電而言更加靈活 ,是一種智能的無線電 ,軟件無線電則可以用于實現(xiàn)認(rèn)知無線電功能。德國Karlsruhe 大學(xué)提出頻譜池 (spectrum pooling)的概念，在最大化信道利用率的同時考慮干擾最小化以及接入的 公平性這兩方面，開發(fā)出基于 OFDM 技術(shù)的頻譜池體系 [10]。 對于協(xié)作頻譜感知中的融合算法， Z. Chair 的文獻(xiàn) [21]是最早提出融合算法的學(xué)術(shù)論文，但當(dāng)時還未應(yīng)用于認(rèn)知無線電；文獻(xiàn) [22]中詳細(xì)研究了融合算法中K 秩算法的性能，而文獻(xiàn) [23]中則提出了一種增強的決 策融合的算法。 全文章節(jié)安排如 下： 第 1 章：緒論部分?，F(xiàn)有的頻譜感知技術(shù)主要包括發(fā)射機檢測 (也稱為單節(jié)點頻譜感知或本地檢測 )、 協(xié)作頻譜感測以及接收機檢測 ， 如圖 21 所示 ： 頻 譜 感 知 技 術(shù)發(fā) 射 機 檢 測協(xié) 作 頻 譜 檢 測接 收 機 檢 測能 量 檢 測匹 配 濾 波器 方 法循 環(huán) 平 穩(wěn)檢 測本 振 泄 漏 檢 測基 于 干 擾 溫 度的 檢 測 圖 21 頻譜檢測技術(shù) 本地檢測技術(shù) 本地檢測模型 認(rèn)知無線電應(yīng)該要區(qū)分主用戶正在使用以及不在使用的頻段 ， 因此 ， 認(rèn)知無線電應(yīng)該具有判斷在一定頻段上主用戶是否出現(xiàn)的能力 。表示當(dāng)主用戶不存在、次用戶卻誤認(rèn)為檢測到主用戶出現(xiàn)在頻段上的概率，虛警概率越小越好，這樣就可以避免未充分使用傳輸機會的情況。 結(jié)合（ 24） ~（ 25） ， 由 Digham 的文獻(xiàn) [31]可以得到在 AWGN 信道下 ,認(rèn)知無 線電系統(tǒng)的性能 為 : ),2( ??ud QP ? （ 26） )( )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)。 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。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。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。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)?？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。 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。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)。反之，可以保證主用戶與次用戶同時正常工作。 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。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。 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。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。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。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。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?？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)。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。 干擾溫度檢測模型的工作原理是，一旦接收機工作的頻段上出現(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。另外，由于接收機具體類型和使用時間的不同，本振泄漏功率是不斷變化的。其目的在于減輕衰落信道帶來的影響，增加檢測性能。認(rèn)知系統(tǒng)可以通過軟融合或是 硬融合方法進(jìn)行信息共享 [40]，而軟融合與硬融合的劃分依據(jù)是融合內(nèi)容的不同。這種協(xié)作就是協(xié)作頻譜感知 。這是由于次用戶的觀測范圍很小，而且比它射頻的傳輸范圍還要小，即使次用戶檢測到不在使用的頻譜空穴，在他們的傳輸范圍內(nèi)，他 們的通信也會對主用戶造成干擾。信號不同，其功率譜密度也就不同，可以根據(jù)這個特性來檢測主用戶。對實信號