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基于数据融合的协作频谱感知算法的研究

作　者: 吴琼
导　师: 杨明极
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 认知无线电 频谱感知 数据融合 加权优化
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着无线通信技术在移动、电视广播、公共安全等多个领域的广泛应用，人们对无线服务的需求也与日俱增，无线频谱作为一种重要资源越来越稀缺。然而通过调查研究表明，当前授权频谱的频谱资源平均利用率非常低，且极度不平衡，究其原因主要是因为固定的频谱分配模式造成的。为了缓解这一窘境，认知无线电系统作为未来无线通信的关键技术应运而生。认知无线电能够感知周围环境，寻找空闲频谱，并对其进行动态的频谱分配工作，可极大的提高频谱利用效率。而认知无线电实现的前提在于频谱感知技术。本文首先介绍了认知无线电与频谱感知技术的相关概念以及国内外发展现状，并以频谱感知技术作为本文的研究方向。其次分析和研究了当前应用最为广泛的单节点频谱感知方法，为后文对协作感知技术的研究奠定基础。由于单节点算法的选择直接影响着协作频谱感知的实现复杂度以及检测性能，故本文以对比的方式对单节点算法进行了分析，最终得出能量检测是实现最为简单,且在待测信号未知的前提下最优的检测方法。接着本文研究了能量检测的实现原理，并在AWGN信道和Rayleigh信道下对其检测性能进行了仿真分析。随后，本文在协作感知的数据融合准则方面，针对线性加权准则权值系数分配上的不合理性，对加权准则的权值系数进行了优化。最后本文设计了一种基于混合数据融合准则的协作频谱感知方案。针对认知用户所处地理位置的差异对最终判决结果准确性的影响，本文根据各自信噪比值将认知用户进行了分类，依据分类的不同来分配相应的数据融合准则，并通过仿真实验的方式验证了本文优化算法可有效提高频谱感知的整体检测性能。通过MATLAB仿真分析可知，并非全部认知用户均参与协作才能获得很好的频谱检测性能，本文通过选取具有较好接收信号信噪比的认知用户参与协作，并根据不同的实际情况，采取不同的数据融合准则，不仅在一定程度上减轻了对带宽的需求，同时以ROC检测性能曲线的方式，通过仿真数据表明本文优化后的算法较原线性加权准则在检测性能上有2%-5%的提高，较传统AND融合准则有20%-30%的提高。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-16
  1.1 课题研究背景及意义  10-12
  1.2 国内外研究现状  12-15
    1.2.1 认知无线电的国内外研究现状  12-13
    1.2.2 频谱感知技术的国内外研究现状  13-15
  1.3 本文主要研究内容  15-16
第2章 频谱感知技术简介  16-27
  2.1 频谱感知分类  16-18
  2.2 单节点频谱感知技术  18-22
    2.2.1 授权用户发射端检测  18-21
    2.2.2 授权用户接收端检测  21-22
  2.3 协作频谱感知技术  22-26
    2.3.1 协作频谱感知机制  23-24
    2.3.2 数据融合准则  24-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章 本地频谱感知算法的选择  27-39
  3.1 单节点频谱感知方法的比较与选择  27-28
  3.2 频谱感知性能指标  28-30
  3.3 能量检测算法研究  30-34
    3.3.1 能量检测算法原理  30-32
    3.3.2 AWGN 信道下的性能分析  32-33
    3.3.3 衰落信道下的性能分析  33-34
  3.4 能量检测算法的仿真与分析  34-38
  3.5 本章小结  38-39
第4章 基于加权准则算法的优化  39-48
  4.1 独立检测的局限性及协作检测增益  39-41
  4.2 加权准则权值系数的优化  41-44
    4.2.1 线性加权准则  41-43
    4.2.2 权值系数的优化  43-44
  4.3 优化准则的仿真与分析  44-47
  4.4 本章小结  47-48
第5章 基于混合数据融合的协作频谱感知方案  48-59
  5.1 协作频谱感知系统建模  48-49
  5.2 整体方案描述  49-51
  5.3 优化算法分析  51-53
  5.4 整体方案的仿真与比较  53-58
    5.4.1 仿真参数设置  53-54
    5.4.2 AWGN 信道下的性能比较  54-56
    5.4.3 衰落信道下的性能比较  56-58
  5.5 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-63
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  63-64
致谢  64

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 无线电中继通信、微波通信
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