【正文】 測(cè)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(cè)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(duì)主用戶的干擾無(wú)法避免使得單用戶頻譜檢測(cè)也就是非協(xié)作頻譜感知是不可靠的。 循環(huán)平穩(wěn)檢測(cè)能夠?qū)⒃肼晱闹饔脩粜盘?hào)中區(qū)分出來(lái)，歸結(jié)于噪聲的寬平穩(wěn)性 (WideSensing Stationary, WSS)，當(dāng)調(diào)制信號(hào)循環(huán)平穩(wěn)時(shí)，噪聲與調(diào)制信號(hào)沒有相關(guān)性，這樣在分析頻譜的自相關(guān)函數(shù)時(shí)就能把噪聲和調(diào)制信號(hào)區(qū)分開；循環(huán)平穩(wěn)檢測(cè)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(hào)的結(jié)構(gòu)，解調(diào)出收到的信號(hào)，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(jì) 9 已知的，因此常用來(lái)探測(cè)一些發(fā)送雙方都預(yù)知的信號(hào)；而且，由于認(rèn)知無(wú)線電需要接收機(jī)適用于所有接收機(jī)，感知單元的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度相當(dāng)?shù)凝嫶?；匹配濾波器的另一個(gè)局限性是由于要執(zhí)行大量的接收算法來(lái)檢測(cè)主用戶，需要大量的功率消耗，對(duì)于每一種類型的主用戶都要有一個(gè)專門的接收器。 在一般通信環(huán)境中，接收機(jī)與發(fā)射機(jī)之間的路徑為非視距的，接收機(jī)接收到的信號(hào)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(shí)際接收到的信號(hào)通過 帶通濾波器(bandpass filter, BPF)，得到的是濾除帶外干擾后的信號(hào)，這樣就只考慮主用戶頻段中的能量，不需要考慮帶外信號(hào)。 在本地檢測(cè)中 ,假設(shè)接收機(jī)接收到的信號(hào)為 ： )()()( nwnsny ?? （ 21） 其中 , )(ns 是被檢測(cè)信號(hào) , )(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(cè)技術(shù)，具體介紹了本地頻譜檢測(cè)方法﹑協(xié)作頻譜感知方法，以及針對(duì)寬帶頻譜的快速檢測(cè)的壓縮感知方法，并進(jìn)行了討論。每個(gè)組有 個(gè)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(cè)到多用戶聯(lián)合檢測(cè) ,從單門限檢測(cè)到雙門限檢測(cè)，從采用 1bit 匯報(bào)結(jié)果到 2bit 甚至是 3bit 匯報(bào)檢測(cè)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(duì)寬頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的性能越來(lái)越好，下面分別扼要介紹這些檢測(cè)方法 . 頻譜感知最初采用的技術(shù)是單個(gè)用戶獨(dú)立檢測(cè)，方法包括了最常用的能量檢測(cè) (Energy Detector Based Sensing) [12]﹑匹配濾波器方法 (Matched Filtering, MF) [13]﹑循環(huán)平穩(wěn)檢測(cè) (CyclostationarityBased Sensing) [14]等 然而因?yàn)闊o(wú)線通信環(huán)境的復(fù)雜和時(shí)變性，單用戶檢測(cè)面臨著檢測(cè)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(jì)信道狀態(tài)信息 (estimation of channelstate information, CSI)預(yù)測(cè)發(fā)送機(jī)可使用的信道容量 。在某一時(shí)間 ﹑ 空間內(nèi)只有 15%~85%的無(wú)線頻譜資源被授權(quán)用戶使用 [1],美國(guó)Shared Spectrum Company所統(tǒng)計(jì)的 6 個(gè)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(wú)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(wú)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(jì)（論文）中對(duì)侵犯任何方面知識(shí)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(duì)比這些協(xié)作檢測(cè)的算法，證明了本文提出的算法在檢測(cè)性能上優(yōu)于一般的協(xié)作檢測(cè)算法，尤其是在匯報(bào)信道為衰落信道的環(huán)境下。隨著科技的進(jìn)步，無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，有限的頻譜資源變得越來(lái)越緊張，尤其是當(dāng)無(wú)線局域網(wǎng) (Wireless Local Area Network, WLAN)﹑ 無(wú)線個(gè)域網(wǎng) (Wireless Personal Area Network, WPAN)﹑ 藍(lán)牙 (Bluetooth)等無(wú)線技術(shù)的大量出現(xiàn)，越來(lái)越多的網(wǎng)絡(luò)使用無(wú)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 認(rèn)知無(wú)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(wú)線電 (Software Defined Radio, SDR)學(xué)術(shù)論文中延伸出的一個(gè)概念 ,而認(rèn)知無(wú)線電相比軟件無(wú)線電而言更加靈活 ,是一種智能的無(wú)線電 ,軟件無(wú)線電則可以用于實(shí)現(xiàn)認(rèn)知無(wú)線電功能。德國(guó)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(shí)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(duì)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(shí)還未應(yīng)用于認(rèn)知無(wú)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(qiáng)的決 策融合的算法。 全文章節(jié)安排如 下： 第 1 章：緒論部分。現(xiàn)有的頻譜感知技術(shù)主要包括發(fā)射機(jī)檢測(cè) (也稱為單節(jié)點(diǎn)頻譜感知或本地檢測(cè) )、 協(xié)作頻譜感測(cè)以及接收機(jī)檢測(cè) ， 如圖 21 所示 ： 頻 譜 感 知 技 術(shù)發(fā) 射 機(jī) 檢 測(cè)協(xié) 作 頻 譜 檢 測(cè)接 收 機(jī) 檢 測(cè)能 量 檢 測(cè)匹 配 濾 波器 方 法循 環(huán) 平 穩(wěn)檢 測(cè)本 振 泄 漏 檢 測(cè)基 于 干 擾 溫 度的 檢 測(cè) 圖 21 頻譜檢測(cè)技術(shù) 本地檢測(cè)技術(shù) 本地檢測(cè)模型 認(rèn)知無(wú)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(wú)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(cè)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(jī)會(huì)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(wú) 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(shí)， 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(hào)很微弱，就可能檢測(cè)不到主用戶的存在，此時(shí)，次用戶會(huì)接入它所認(rèn)為空閑的頻段并使用其通信，這樣會(huì)對(duì)主用戶造成很大的干擾。最后，當(dāng)次用戶在一個(gè)很小的區(qū)域中時(shí)，不同次用戶的檢測(cè)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(jì) 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)。控制信道主要是次用戶用來(lái)向融合中心匯報(bào)檢測(cè)結(jié)果，也是融合中心對(duì)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(shí)現(xiàn)，分為集中式和分布式。若次用戶檢測(cè)到有能量泄漏時(shí)，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(shí)正常工作。 本章小結(jié) 認(rèn)知無(wú)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(cè)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(gè)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(cè)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(cè)到的信號(hào)包括了可能存在的主用戶信號(hào)以及加性噪聲，為了便 于討論，這里假設(shè)觀測(cè)到的信號(hào)對(duì)于噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差已經(jīng)歸一化了。獨(dú)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(cè) 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(cè)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(dú)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(shí)由于這 (MK)個(gè)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(cè)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(cè)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(diǎn)有主用戶信號(hào)存在時(shí)，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(wú)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(cè)算法、性能以及三種算法在適用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)方面的對(duì)比，隨后分析了多用戶協(xié)作檢測(cè)的必要性、與非協(xié)作檢測(cè)算法的對(duì)比情況，并且簡(jiǎn)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(cè)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(diǎn)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(jī)具體類型和使用時(shí)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(lái)的影響，增加檢測(cè)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(cè)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(cè)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(huì)對(duì)主用戶造成干擾。信號(hào)不同，其功率譜密度也就不同，可以根據(jù)這個(gè)特性來(lái)檢測(cè)主用戶。對(duì)實(shí)信號(hào)