【正文】 Combining, EGC)算法﹑選擇合并理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 4 (Selection Combining, SC)算法以及切換保留合 (Switch and Stay Combining ,SSC)算法等軟融合方法都不直接傳送結(jié)果，而將能量值等檢測量發(fā)送給融合中心 [20]。 若是能夠在不影響授權(quán)用戶的情況下 ,允許沒有被授權(quán)使用該頻段的次用戶(Secondary User, SU)在合適的時間合適的地點動態(tài)地接入這些頻譜空穴 ,時分地使用該頻段進行通信 ,則可以解決以上兩方面的問題 ,以此為基礎(chǔ)的認知無線電(Cognitive Radio, CR)以及相關(guān)技術(shù)應(yīng)運而生。在協(xié)作頻譜檢測算法的介紹中，詳細研究了硬融合﹑軟融合算法及其檢測性能，還有基于軟﹑硬融合算法的雙門限檢測算法以及基于分組的協(xié)作頻譜感知算法 ,在以上研究的基礎(chǔ)上，本文提出了一種改進的基于雙門限檢測方法的分組協(xié)作頻譜檢測算法。認知無線電中的一個重要環(huán)節(jié)及關(guān)鍵技術(shù)就是頻譜感知，研究如何準確而快速地檢測授權(quán)用戶所在的頻段﹑接入通信并且當授權(quán)用戶重新出現(xiàn)時及時退避。最大頻譜利用率為 % (紐約 ),最小頻譜利用率為 1% (美國新墨西哥州的國家射文天文臺 )[2]。 協(xié)作頻譜感知一般分為兩個步驟：第一，各個次用戶獨立檢測 (也就是本地檢測 )并將檢測 結(jié)果報告給融合中心 (Fusion Center)；第二，融合中心根據(jù)各檢測結(jié)果綜合判決主用戶信號是否存在。 第 3 章：對協(xié)作頻譜感知技術(shù)中的融合算法﹑雙門限法﹑分組協(xié)作頻譜感知技術(shù)進行重點闡述，在此基礎(chǔ)上 ,提出了一種混合型協(xié)作頻譜感知算法，并進行了算法仿真和對比。通過平方求和得到能量值，定義能量檢測的檢測量，將此檢測量與設(shè)定好的門限進行比較，最終判決主用戶信號存在與否。 循環(huán)平穩(wěn)檢測 通信系 統(tǒng)中的已調(diào)信號一般和正弦載波、脈沖訓(xùn)練、循環(huán)前綴等關(guān)聯(lián)在一起，這些特性導(dǎo)致了其內(nèi)置的周期性。 本地檢測技術(shù)的性能同時也受一些因素的影響。硬融合實現(xiàn)簡單并且能夠減少信道開銷，而軟融合的準確性更高。 基于干擾溫度的檢測方法 通常認知無線電系統(tǒng)是以發(fā)射機為中心進行考慮的，但是由于可能會出現(xiàn)不可預(yù)見的新干擾，接收機的范圍內(nèi)也會產(chǎn)生干擾使得信號不能可靠傳輸。 理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 14 第 3 章 協(xié)作頻譜感知技術(shù) 下面介紹兩種 基本的融合算法，基于軟融合、硬融合的算法一一雙門限檢測方法，分組協(xié)作頻譜感知技術(shù)。 假設(shè)第 i個次用戶的權(quán)重系數(shù)為iw，觀測到的能量為iY，則 M 個次用戶的加權(quán)和值為： ??? Mi iiYwY 1 (312) 假設(shè)對于第 i個用戶，iY，iw是獨立的，當采樣數(shù) N 很大時， Y 服從高斯分布。 2)若是21 ?? ?? iY，則第 i 個用戶將檢測量iY發(fā)給融合中心，否則向融合中心匯報根據(jù)門限進行判決后生成的本地判決結(jié)果iS，假設(shè)),...2,1( MiRi ?為融合中心收到的次用戶發(fā)來的信息，則有 : ??? ??? oth erwiseS YYRiiii , 21 ?? （ 322） 以及 ??? ? ???21,1 0,0 ? ?iii Y Y （ 323） 3)不失一般性，假設(shè)融合中心收到的 M個信息中，有 K個本地判決結(jié)果和 (MK)個能量檢測值，也就是有 K 個次用戶的檢測量落在),( 21??區(qū)間外，（ MK)個落在區(qū)間內(nèi)。 假設(shè)第 i個節(jié)點的檢測概率與虛警概率分別為jmP,if，根據(jù)概率論的知識，采用“或”融合方式后得到的系統(tǒng)總的檢測 概率dQ與虛警概率fQ分別為 : ?? ??? Mi idd PQ 1 , )1(1 (35) ?i iff 1 , )( (36) 其中，定義錯檢概率mQ為當主用戶出現(xiàn)、次用戶卻判斷為沒出現(xiàn)的概率 : )( 1HYrPm ???? (37) 因此，m與d的關(guān)系是 : dm ??1 (38) 3. “K”秩融合 K”秩融合算法也稱為 KoutofM 準則，原理是所有次用戶對某個主用戶頻點的判決結(jié)果相加，將所得的數(shù)值與預(yù)先設(shè)定的門限值 K 相比較，若超過該門限值 K，才判決有主用戶信號存在，否則判決沒有主用戶信號存 在，因此， K秩融合算法的假設(shè)模型為 : ????????????MiiMiiKDHKDH1011:: (39) 該算法可以理解為， M 個次用戶中只要有 K 個用戶檢測到主用戶出現(xiàn)，融理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 16 合中心則判定主用戶出現(xiàn)。與干擾溫度模型相關(guān)的另一個問題是在于沒有主用戶信號與次用戶信號重疊，或者主用戶信號很弱，以至于無法檢測到時，要考慮使用干擾溫度模型會得到怎樣的結(jié)果 。 本振泄露間的具體工作原理是當使用 Edwin Armstrong 1918 年發(fā)明的無線超外差接收 機接收信號時，需要將接收到的高頻率信號進行變頻處理，會產(chǎn)生某些特定頻段的信號，因此一些信號也就不可避免地從天線中泄漏出去。相對于單用戶檢測而言大大降低了錯檢概率和虛警概率，并且協(xié)作可以解決隱節(jié)點問題，并且減少檢測時間。 三種算法具體的優(yōu)缺點比較見表 21： 表 21 本地檢測方法對 比 檢測方法 適用范圍 優(yōu)點 缺點 能量檢測 主用戶信息未知 計算量低，實現(xiàn)較容易，不需要知道主用戶的先驗知識 準確性不高 不適用于微弱信號的 檢測 不能區(qū)別信號類型 匹配濾波器方法 主用戶信息未知 時間短、增益大，精度高 需要解調(diào)主用戶信號 復(fù)雜度高 循環(huán)平穩(wěn)檢測算 法 此用戶具有周期自相關(guān)特性 險能好 能識別不同調(diào)制方式的信號 可以區(qū)別噪聲和信號 可應(yīng)用于擴頻信號的檢測 運算量大 檢測時間較長 協(xié)作頻譜感知 本地檢測的局限性 在認知無線電網(wǎng)絡(luò)中，次用戶應(yīng)該 保證對主用戶的干擾很小。 匹配濾波器方法 能量檢測算法的最大優(yōu)勢在于其簡單易行，適用范圍廣，通常應(yīng)用在不清楚主用戶先驗知識的情況下；而當主用戶的先驗知識已知時，匹配濾波器檢測方法是最優(yōu)的單用戶信號檢測方法，其主要優(yōu)點是在短時間內(nèi)就可以達到一定的錯檢概率和虛警概率，事實上，在低信噪比的環(huán)境下，對于特定的虛警概率，匹配濾波器所需要的采樣數(shù)是以。 考慮頻譜檢測的性能時，一般由檢測概率 dP 及虛警概率弓來描述。 分組協(xié)作頻譜感知 [28]的優(yōu)點如下： 1)感知性能提高：可以提高檢測概率降低錯誤概率 ,獲得更高的可靠性； 2)感知開銷降低：減少感知開銷 (包括能量消耗﹑時延﹑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 論文的主要研究內(nèi)容和章節(jié)安排 本文主要研究的是認知無線電中的協(xié)作頻譜感知技術(shù)，將現(xiàn)有國內(nèi)外的頻譜感知技術(shù)進行分析討論 ,指出其不足之處，重點研究了能量檢測以及協(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 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，并進行了對主用戶檢測性能的仿真對比。 無 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 計建 模 預(yù) 測無 線 電 場 景分 析干 擾 溫 度量 化 信 道 容 量動 作 ： 發(fā) 送 的 信 號頻 譜 空 穴噪 聲 層 分 析通 信 量 分 析射 頻 激 勵 圖 11 G. Staple 等提出的認知圈模型 [7] 在 20xx 年 Simon Haykin 的特邀文章 [8]中對認知無線電進 行重新的定義：認知無線電是一種智能的無線通信系統(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 ,并實時地對特定參數(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)射頻激勵統(tǒng)計上的變化 ,這里有兩個主要的目標： （ 1） 需要在任何時間任何地方的通信高度可靠 （ 2）有效地使用無線頻譜 國外的一些研究機構(gòu)和大學(xué)也積極投入到了認知無線電的研究之中，其中包理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 3 括 :美國國防高級研究計劃局的下一代 (next generation, XG)計劃，致力于如何提高頻譜資源的利用率 。Doublethreshold。 編號 本科生畢業(yè) 設(shè)計 基于雙門限的分組協(xié)作頻譜檢測算法研究 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 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 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)承諾書 1．本人承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）《基于雙門限的分組協(xié)作頻譜檢測算法研究》，是認真學(xué)習(xí)理解 學(xué)校的《長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）工作條例 》后，在教師的指導(dǎo)下，保質(zhì)保量獨立地完成了任務(wù)書中規(guī)定的內(nèi)容，不弄虛作假，不抄襲別人的工作內(nèi)容。Clusterbased CCS。 而 G. Staple 和 K. Werbach 在 20xx 年的文章 [7]中提出了認知圈 ,將上述認知任務(wù)包含在內(nèi) ,如圖 11 所示 認知圈中包含了認知無線電網(wǎng)絡(luò)的各個任務(wù)以及任務(wù)之間的關(guān)系。這種頻譜感知的方法稱為分組 (簇 )協(xié)作頻譜感知 [27]。因此本地檢測的基本假設(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)，此時次用戶必須從占用的頻段中退避，避免對主用戶造成干擾。 雖然能量檢測簡單易行，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、噪 聲區(qū)別開來； 3)在低信噪比 (signaltonoise, SNR)情況下的性能不高； 4)不能很好地檢測擴頻信號。 本地檢測方法的對比 復(fù) 雜 度 準確度能 量 檢 測循 環(huán) 平 穩(wěn)檢 測匹 配 濾 波器 方 法 圖 23 本地檢測方法的對比圖 理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 10 圖 23 顯示的是三種本地檢測算法在復(fù)雜度和準確性能上的對比，從中可以看出在這些檢測方法中，能量檢測是最容易實現(xiàn)、復(fù)雜度最低的，而準確度最高的則是匹配濾波器方法，同時也是最復(fù)雜的算法。其優(yōu)點是可以解決頻譜 感知中由噪聲的不確定性、衰落、陰影效應(yīng)引起的問題 。若采用本振泄漏功率的方法，次用戶就可對這些接收機進行定位，并且對它們的工作狀