认知无线电中无线频谱感知技术的研究

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1、西安电子科技大学博士学位论文认知无线电中无线频谱感知技术的研究姓名：陈东申请学位级别：博士专业：通信与信息系统指导教师：李建东20090101摘要随着无线通信技术和应用的快速发展，无线服务的重点已向多媒体通信等需要较宽频谱和较高下载速率的服务转移，而无线频谱资源的匮乏已成为实现高性能数据服务的严重障碍。实际上，频谱的匮乏主要是由于陈旧的频谱分配系统而不是频谱本身的缺乏。在当前无线频谱固定分配的管理框架下，大部分频谱资源处于低利用率的状态。认知无线电能够动态的利用时间和空间上暂时空闲的无线频谱资源，为新的无线应用提供工作频段，因此被认为是未来实现动态频谱接入、解决无线频谱

2、匮乏问题的关键技术之一。认知无线电技术是一项复杂的技术，其研究内容包括了无线频谱感知、动态频谱共享和管理等诸多技术问题。本文针对认知无线电系统的无线频谱感知技术做了深入研究，主要的创新性成果如下：1．研究了噪声不确定性环境下主用户信号检测问题。提出了基于信号校准的主用户信号检测方法。在信号检测前利用保护带宽等对无线环境的噪声功率进行估计，减小噪声方差不确定性对检测器稳健性的影响。推导了满足检测器稳健性要求下的噪声校准时间的选择方法，并解决了在静默期应用中最大化检测性能的参数选择问题。在已知噪声方差不确定性时，提出了通过双门限协作检测提高检测性能的方法。其中各协作用户的检

3、测门限由噪声方差不确定性决定，仿真表明该方法的性能优于传统的协作检测方法。2．无线通信中利用接收多天线实现空间分集，提高传输的可靠性。本文利用接收多天线间衰落的差异，提出了瑞利衰落信道下基于空时二维检测的主用户检测方法。通过分别基于空间维度信道衰落和时间维度主用户信号变化的广义似然比检验，能够实现在未知噪声功率情况下的主用户信号检测。检测方法与噪声功率无关，因此对噪声不确定性具有稳健性。3．无线频谱感知为避免认知无线电网络内部传输的干扰，需要在信号检测期间利用静默期暂停自身网络通信。然而静默期所导致的传输中断引入了额外的开销，并影响网络的传输性能。出于降低感知开销的目的

4、，本文研究了不需要静默期的主用户信号检测方法。提出了基于线性自信号消除的主用户信号检测，基于信道衰落模型消除次用户自身信号，实现无静默期的检测。针对OFDM系统提出了一种低复杂度的基于互补符号对的无静默期检测方法，该方法与使用静默期的能量检测具有相近的性能。在OFDM系ISN国家重点实验室信息科学研究所宽带无线通信实验室l

5、认知无线电中无线频谱感知技术的研究统自信号消除模型的基础上，推导并对比了已有方法利用自信号消除的检测性能。4．受无线传播衰落、噪声不确定性等因素影响，通过单一次用户的信号检测并不能获得可靠的检测结果。利用多个次用户协作感知是提高检测性能的有效方法，然

6、而，协作感知过程中的协作信息交互将弓{入额外的开销。本文提出了基于相干MAC(MultipleAccessContr01)和模拟发送的协作感知方案，将协作开销从O(Ⅳ)减少为0(1)。通过对协作感知性能的分析，推导出对主用户干扰受限约束下，最大化检测性能的低复杂度加权系数分配方法。与具有相同协作开销的基于码分复用(Code-DivisionMultipleAccess，CDMA)正交MAC的决策融合协作检测方法对比，本文方法具有显著检测性能提高。关键词：认知无线电，机会频谱接入，无线频谱感知，主要用户信号检测，协作感知，噪声不确定性ISN国家重点实验室信息科学研究所宽带

7、无线通信实验室AbstractIIIWiththerapiddevelopmentoftechnologiesandapplicationsinwirelesscom-munications，wirelessserviceisfocusingonthoseapplicationswhichrequiremorebandwidthandhigherrates，suchasmultimediacommunication．Butthelackofra。diospectrumisbecomingtheobstacleoftheseapplications．Infact，thes

8、pectrumshortageismainlyduetotheoldspectrumallocationpolicybutnotthelackofspec’trumitself．Underthecurrentspectrummanagementframeworkwithfixedallocation，mostspectrumsarefoundtobeunderutilized．Cognitiveradiocandynamicallyreusethoseidlespectrumresourcesintemporalandspatialdom