基于自由概率理论的频谱感知技术研究.pdf

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3、为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研巧所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。一本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担切相关的法律责任。研、巧生签名：獻南日期：兴中Ｉ占為南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子文档可；允许论文被查阅和借阅；可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索；采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、氾编本学位论文。本文电子文档的内容和纸

4、质一论文的内容相致。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院办理。涉密学位论文在解密后适用本授权书。研巧生签名导师签名：击／日期：从长、ｆ系？ResearchonSpectrumSensingTechnologyBasedonFreeProbabilityTheoryThesisSubmittedtoNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeofMasterofEngineeringByHaitaoXueSupervisor:

5、Prof.LeiWangApril2015摘要认知无线电（CognitiveRadio,CR）作为提高频谱利用率、解决频谱资源紧张问题的有效手段已经受到了广泛的关注和研究，它允许认知用户（CognitiveUser,CU）利用主用户（PrimaryUser,PU）的空闲授权频段进行通信。频谱感知是CR的前提和基础，其主要任务就是检测PU的授权频段是否空闲，因此频谱感知的性能对于整个CR系统来说至关重要。自由概率理论（FreeProbabilityTheory，FPT）近年来发展迅速，它是随机矩阵理论（RandomMatr

6、ixTheory,RMT）的重要分支，其主要思想是在两个随机矩阵与它们的和矩阵或乘积矩阵之间建立紧密联系，现已成为解决无线通信问题的重要工具之一。本文将FPT和频谱感知有机结合。首先，针对现有的频谱感知算法在低信噪比或者少量采样数的情况下感知性能较差的问题，介绍了时不变感知信道下基于FPT的频谱感知算法，并提出了时变感知信道下基于FPT的频谱感知新算法。它们通过建立和求解渐近自由方程从接收样本协方差矩阵中提取出平均接收信号功率。仿真结果表明，基于FPT的频谱感知算法具有快速的收敛性，能够有效提高在低信噪比和少量采样数情况

7、下的感知性能。然后，针对数据融合准则会导致CU花费大量时间、能量和频谱去传输观测数据以及融合中心（FusionCenter,FC）的负载加重、响应慢等问题，提出了基于FPT的判决融合协作频谱感知新算法，CU只需要将本地判决结果通过报告信道发送给FC进行处理。仿真结果表明，新算法的感知性能能够得到保证并且优于基于RMT的算法，即使后者使用数据融合准则。最后，为了降低CR系统开销以及克服非理想报告信道对协作频谱感知的影响，提出了基于FPT的分簇选择式协作频谱感知算法。一方面将分簇思想引入到频谱感知中，在簇内使用基于FPT的算

8、法；另一方面令每个簇的簇头只发送表示PU信号存在的簇内判决结果。两者能够有效降低系统开销，提高感知性能。仿真结果表明新算法的感知性能优于使用传统OR判决融合准则的算法。关键词:认知无线电，频谱感知，随机矩阵理论，自由概率理论，数据融合，判决融合，分簇选择IAbstractCognitiveradio(CR),asan