高效的新型协作频谱感知算法研究

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1、ｆｔ＠办姜邦＊ｒ大綮高效的新型协作频谱感知算法研究作者：李郁歆指导教师：卢光跃教授学科（专业）：通信与信息系统论文曰期一：二〇八年四月单位代码11664学号1501210017分类号TP391密级西安邮电大学硕士研究生学位论文题（中、英文）目高效的新型协作频谱感知算法研究ResearchonNovelEfficientCooperativeSpectrumSensingAlgorithms作者姓名李郁歆指导教师姓名、职务卢光跃教授学科门类工学学科（专业）通信与信息系统提交论文日期二○一八年六月西安

2、邮电大学学位论文原创性声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人郑重声明：所呈交的论文是本人在。导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不一包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。一申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担切的法律责任。本人签名：本肩私彐期：年名月公曰ｆ西安邮电大学学位论文知识产权声明

3、；本人完全了解西安邮电大学有关保留和使用学位论文的规定Ｉ即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。学校可以将本学位论文全部或部分内容编入有关数。本人允许论文被查阅和借阅。，据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文同时本人保证一律署名单位为西安邮电大学毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章。＆：日期：年月？□本人签名＿导师签日期：＞１又年６月８日摘要摘要随着物联网技术的蓬勃发展，移动通信

4、业务种类及设备数量急剧增长，为了满足海量用户与业务的对通信的速率、时延、能耗的需求，需要大量的频谱资源以及高效的调度资源方式。然而，频谱资源作为一种有限的资源，由政府固定地划分并统一分配给特定的业务，因此十分稀缺。认知无线电通过动态的频谱感知技术，有效地提高频谱利用率，缓解频谱资源紧张的状况。本篇论文对认知无线电中的高效的频谱感知算法进行了深入的研究，主要目的是使所提的算法实现较低的计算复杂度，需要较小的带宽代价，或在感知时耗费较少的能量。工作内容和创新部分总结如下：1、研究了基于特征值的频谱感知算法。针对特征值类感知算法计算

5、复杂度偏高、门限不精确的不足，本文利用LDLT的分解方式提出了两种算法，分别选取LDLT分解得到的最大特征值与最小特征值作为检验统计量，将计算复杂度降低至传统特征值检测算法的三分之一。此外，利用硬判决准则推导出所提算法的门限和虚警概率的理论关系。理论分析和仿真实验均表明，所提的两种算法在协作用户数量较少时检测性能优于普通特征值分解的算法。2、研究了协作频谱感知中软合并与硬合并的折衷关系。软判决算法在本地数据传输过程中带宽消耗较高，但也因此融合中心会获得更加准确的主用户信号功率，感知性能较好。硬判决策略的本地传输带宽仅为1bit

6、，然而这也会影响感知性能。可以看出，本地用户的传输带宽与检测性能之间存在着一定的关系。本文设计了一种带宽与性能折衷的算法，将协作用户在本地判决结果利用均匀分布和高斯截断分布的数学期望进行数据还原，并在融合中心重新判决。此外还给出了带宽消耗的理论分析，仿真实验证实了所提算法感知性能接近软判决感知算法，而平均带宽代价不超过2bit。3、研究了异构网络中信道与感知节点的分配与优化问题。能量收集技术是从外界环境为设备获取能量的一种技术，在异构网络中应用该技术可以保障节点的长期工作。信道的状态信息在频谱感知中是一种重要的先验信息，在本文

7、中，考虑这一先验信息，并应用能量收集技术，研究了异构网络中的感知传感器的能效问题。同时设计了帧结构，利用先验信息对下一帧的信道状态进行预测，最终建立数学模型并利用贪婪算法得到了最优感知能效下的参数。总而言之，所提的算法以效率为出发点，解决了不同场景下感知技术尚且存在的一些问题，理论和仿真分析均表明所提的这些算法具有一定的理论意义和应用价值。关键词：认知无线电；频谱感知；特征值；带宽代价；资源分配IABSTRACTABSTRACTWiththerapiddevelopmentofInternetofThingstechnolog

8、y,thenumberofmobilecommunicationservicesanddeviceshaveincreaseddramatically.Inordertomeetthedemandsofmassiveusersandservicesonspeed,delay,