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基于随机矩阵理论和压缩感知的合作频谱感知技术研究

作　者: 刘发宇
导　师: 王匡；谢磊
学　校: 浙江大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 认知无线电合作频谱感知安全主用户仿真攻击随机矩阵理论宽带感知压缩感知
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

认知无线电技术对授权频谱的不干扰“二次利用”可以有效的缓解频谱资源短缺的问题。频谱感知作为认知无线电网络的关键技术,其感知性能的好坏,直接影响认知无线电系统的整体性能。目前,认知无线电在频谱感知技术方面已取得一系列研究成果,但是感知特性引入了认知无线电网络特有的安全问题,如物理层的主用户仿真(Primary User Emulation, PUE)攻击、媒体接入层的自私行为攻击和拒绝服务攻击等。另外,随着认知无线电技术的发展和各种新业务的不断涌现,窄带感知已经不能满足日益增长的可用频谱资源的需求,宽带频谱感知技术应运而生。论文主要针对合作频谱感知过程中的PUE攻击防御和宽带感知技术进行了研究。针对合作频谱感知中可能遭受而未被检测到的PUE攻击,论文进行了重点研究,我们在分析位置相关性对频谱感知的性能影响的基础上,提出了一种基于位置相关性的合作用户选择算法,并采用基于接收协方差矩阵最大最小特征值(Maximum Minimum Eigenvalue, MME)的检测方法进行合作频谱感知。该方法优先选择空间上相对分散的认知用户进行合作,且采用的检测方法能够有效地检测实际环境中的相关信号,从而减缓了漏检PUE攻击对合作频谱感知性能的影响。针对实际环境中宽带频谱先验信息受限的条件下,论文研究了基于压缩感知(Compressed Sensing, CS)的宽带频谱感知技术,提出了一种基于压缩采样的宽带频谱检测方法。该方法采用蒙特卡洛模拟和曲线拟合的实验数据分析方法,对宽带频谱的实际稀疏度进行估计,且采用压缩感知对宽带信号进行重建,最后采用基于能量的双门限判决规则对宽带频谱的占用情况作出判决,从而实现了宽带频谱感知,并提高了感知性能。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第一章绪论  9-19
  1.1 引言  9-10
  1.2 课题背景与研究现状  10-17
    1.2.1 认知无线电概述  10-12
    1.2.2 安全合作感知的研究背景及现状  12-15
    1.2.3 宽带频谱感知的研究背景及现状  15-17
  1.3 主要研究成果  17
  1.4 论文内容及结构安排  17-19
第二章认知无线电频谱感知关键技术  19-34
  2.1 引言  19
  2.2 频谱感知基本模型  19-20
  2.3 频谱感知分类  20-29
    2.3.1 基于发射机信号的检测  20-23
    2.3.2 基于接收机信号的检测  23-25
    2.3.3 合作频谱检测  25-29
  2.4 合作感知的PUE攻击问题  29-31
  2.5 宽带频谱感知技术  31-32
  2.6 本章小结  32-34
第三章基于随机矩阵理论的安全合作频谱感知技术  34-59
  3.1 引言  34
  3.2 PUE研究现状  34-35
  3.3 PUE攻击模型  35-39
    3.3.1 路径损失和阴影衰落模型  36-37
    3.3.2 PUE攻击防御策略  37-38
    3.3.3 PUE攻击者的攻击策略  38
    3.3.4 PUE攻击者的影响范围  38-39
  3.4 基于位置相关性的CR用户选择算法  39-46
    3.4.1 MME盲检测  40-42
    3.4.2 位置相关性模型  42-43
    3.4.3 合作用户选择  43-44
    3.4.4 合作判决  44-46
  3.5 性能分析  46-47
  3.6 仿真结果及分析  47-57
    3.6.1 MME检测与能量检测的比较  48-51
    3.6.2 不同选择方法的比较  51-54
    3.6.3 其他参数的影响  54-57
  3.7 本章小结  57-59
第四章基于压缩感知的宽带合作频谱感知技术  59-75
  4.1 引言  59
  4.2 宽带频谱感知技术概述  59-61
  4.3 压缩感知理论  61-67
    4.3.1 压缩感知简介  61-62
    4.3.2 信号的稀疏表示  62-63
    4.3.3 观测矩阵的设计  63-65
    4.3.4 信号重构  65-67
  4.4 基于压缩感知的宽带合作感知  67-72
    4.4.1 基于压缩感知的宽带感知研究现状与问题  67
    4.4.2 稀疏估计  67-68
    4.4.3 合作感知  68-72
  4.5 仿真结果及分析  72-74
  4.6 本章小结  74-75
第五章总结与展望  75-77
  5.1 研究工作总结  75-76
  5.2 研究工作展望  76-77
参考文献  77-81
作者简介及攻读硕士学位期间的科研成果  81

基于随机矩阵理论和压缩感知的合作频谱感知技术研究

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