基于非重构压缩感知的协作频谱感知技术研究

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1、硕士学位论文基于非重构压缩感知的协作频谱感知技术研究RESEARCHONTHETECHNOLOGYOFCOOPERATIVESPECTRUMSENSINGBASEDONNONRECONSTRUCTIONCOMPRESSEDSENSING刘佳鑫哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TN911.23学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文基于非重构压缩感知的协作频谱感知技术研究硕士研究生：刘佳鑫导师：马永奎副教授申请学位：工程硕士学科：电子与通信工程所在单位：电子与信息工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学Clas

2、sifiedIndex:TN911.23U.D.C:621.3DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringRESEARCHONTHETECHNOLOGYOFCOOPERATIVESPECTRUMSENSINGBASEDONNONRECONSTRUCTIONCOMPRESSEDSENSINGCandidate：JiaxinLiuSupervisor：A.P.YongkuiMaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectronicsandCommunic

3、ationsEngineeringAffiliation：SchoolofElectronicsandInformationEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要认知无线电实现了频谱的动态接入，极大的提高了频谱利用率。频谱感知作为认知无线电中检测频谱空穴的手段，其中单节点频谱感知信号检测方式直接影响最终的频谱判决结果。由深衰落造成的漏检，会导致认知用户占用主用户频带，此时认知用户需要较高的检测灵

4、敏度。而协作频谱感知技术将多个认知用户信息按照特定的方式进行融合，可以提高检测效果，降低认知用户检测灵敏度要求。压缩感知技术将随机矩阵理论应用于信号测量，突破了奈奎斯特采样定理的限制，可以降低采样频率，减少样本数目。本文将压缩感知技术引入到协作频谱感知中，降低采样频率和运算数据量，缩短检测时间。首先，建立了压缩采样下能量感知基本模型，分析了压缩采样和信道衰落对检测效果的影响。由压缩感知测量矩阵约束等距性，得到了推论：压缩感知采样后能量累积结果近似服从自由度降低的卡方分布。进一步，分析对比压缩感知采样降低样本数据和降低观测时间减少样本数据能量感知效果，可知能量检测方式对样

5、本数目和噪声不确定度较为敏感，无法充分利用压缩感知技术所获得的信息。为降低信道衰落的影响，本文基于双门限检测，提出了一种协作频谱感知信息硬合并方式，双门限或准则。推导了其检测概率和虚警概率表达式，给出了“双门限或准则”下最优协作用户数目约束条件。理论研究和仿真表明，“双门限或准则”在具有传统或准则较高检测概率的同时，大幅度降低了虚警概率，且可以有效克服信道衰落的影响。本文针对当前特征值检测中由于利用采样协方差矩阵代替统计协方差矩阵而带来的难以确定检测门限问题，提出了一种适用于低虚警概率要求的特征值检测精确门限设置方式，详细推导了虚警概率和门限值之间的关系表达式。仿真结果

6、表明所提出的方式，可以使得检测门限与虚警概率基本对应。最后，对压缩感知采样下特征值检测方式进行了探讨。结合自由矩阵理论，分别对认知用户采用不同测量矩阵，采用相同测量矩阵和采用相同优化后矩阵时的样本协方差矩阵特征值扩散度进行了分析，证明了特征值检测应用于压缩感知背景下的可行性，并指明了此时测量矩阵的一种优化方向。关键词：压缩感知；协作频谱感知；信息融合；能量检测；特征值检测-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractCognitiveradioachievesadynamicaccessofspectrum,whichgreatlyimprovesthefrequ

7、encyspectrumutilization.Spectrumsensingisameanofdetectingspectrumholes,inwhichsignaldetectionmethodofasinglenodecognitiveuserdirectlyaffectthefinalverdict.Meanwhile,undetectioncausedbythedeepfading,canleadtothatcognitiveuserhasoccupiedtheprimaryuserband,thuscognitiveusers