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60000字论文范文基于无线电原理的频谱智能通信技术设计

论文类型:论文范文
论文字数:60000字
论点:频谱,无线电,感知
论文概述:

目前,频谱感知技术作为实现认知无线电的基础,受到广泛的关注和研究,并且已经有许多关于频谱感知技术的研究取得了不错的成果,这使得认知无线电迅速从一个理论框架向广泛应用迈进。

论文正文:

第一章简介

1.1认知无线电发展的背景
1.1.1频谱管理部门使用固定频谱资源分配策略将特定频带授权分配给特定通信服务使用,并且不允许其他系统占用该频带以免干扰这些通信服务。与授权频段相比,未授权频段的频谱资源要少得多。随着社会和技术的发展,特别是无线局域网(WLAN)和无线个人区域网(WPAN)的发展,这些网络所依赖的无执照频谱资源的使用变得越来越紧张。联邦通信委员会于2002年11月发布了一份关于美国频谱资源的报告。报告明确指出:“在许多频带中,频谱接入问题比频谱本身的稀缺更为重要,这主要是因为法规限制这些频带上的潜在用户获得接入。”许多研究机构对无线频谱的使用进行了监测和分析。结果表明,分配给不同用户的大部分频谱没有得到充分利用,一些热点处于过载状态。
根据美国联邦通信委员会提供的数据,在美国授权分配的大量无线电频段中,利用率从15%到85%不等,波动范围大,频谱利用率不合理。在这种背景下,认知无线电作为一种改变频谱资源使用策略的智能系统,允许未授权用户接入空空闲授权频带通信,而不会对授权用户造成干扰,改变了固定频谱资源分配策略对未授权用户的接入限制,解决了固定分配模式日益增长的需求和低频谱利用率之间的矛盾,提高了有限频谱资源的利用率。1
1.1.2认知无线电概念
1。米托拉的概念为了解决频谱短缺和低频谱利用率之间的矛盾,MITRE公司顾问、瑞典皇家理工学院博士约瑟夫·米托拉(Joseph Mitola)在1999年《IEEE个人通信杂志》发表的一篇学术论文中明确提出了认知无线电的概念。他认为认知无线电是一种基于软件无线电的智能无线通信技术,目的在于频谱共享。它能够感知无线传输的环境特征,智能地与现有的通信网络通信,并通过调整其认知系统参数使其认知操作满足用户通信的最高性能要求。这个概念是从软件无线电发展而来的。如图1.1所示,软件无线电在数字信号处理的基础上,将无线设备中原本由硬件实现的射频处理部分改为软件,将数模转换和模数转换模块推进到天线接收端口的位置,甚至使用软件控制天线参数。这样,通过改变软件来实现控制无线设备的功能,但是功能的改变由软件控制,并且无线设备不能智能地调整自身。认知无线电以软件无线电为基础,通过智能操作动态调整设备的功能,使其能够根据外部环境的变化满足自身的需求。
2。概念由联邦通信委员会(FCC)在2003年5月的认知无线电研讨会上提出,美国联邦通信委员会(FCC)给出了一个相对狭窄的认知无线电定义:一种可以与工作环境交互并改变发射机参数的无线电设备,其主体既没有软件也没有现场可编程要求。催化裂化将认知无线电与提高频谱利用率联系起来,提出利用认知无线电技术实现动态频谱共享,并找到了实现认知无线电技术的可能性和市场驱动力的方向。
3。海金的概念2005年2月,西蒙·海金(Simon Haykin)在文章中结合上述两种解释重新定义了认知无线电。他认为认知无线电能够感知和学习外部环境,实时控制其部分工作参数(如发射功率、载波频率和调制技术),适应接收信号的统计变化,实现任何高度可靠的通信,有效利用频谱资源,成为智能无线通信系统。根据这个定义,认知无线电是“通过感知无线环境来改变频谱使用方式的智能系统”。未经授权的用户使用认知无线电技术来感知频谱,以找到可用的空空闲频谱资源,并通过频谱共享进行通信。因此,授权用户不必改变通信系统的基础设施,而且在通信过程中实时动态地控制他们的传输参数,以避免干扰授权用户。
简而言之,认知无线电作为一种智能频谱管理技术,可以在理论上重用动态检测到的空空闲频谱的频率、空和时间,增加通信容量,促进有限频谱资源条件下无线技术的快速发展。

1.2认知无线电中的关键技术……10-11
1.3光谱传感的研究背景……11-12
1.4光谱传感的研究现状……12-14
1.5本文的研究与贡献……14-16
第二章频谱感知的基本算法……16-30
2.1频谱感知在认知无线电中的位置和作用……16
2.2光谱传感通用模型……16-17 [/BR/] 2.3光谱传感的分类……17-18 [/BR/] 2.4频谱感知性能评估……18-19
2.5单用户频谱感知算法……19-25[/比尔/] 2.6合作频谱感知……25-30 [/BR/] 2.6.1合作传感模式……25-27
2.6.2合并标准……27-30
第三章基于协方差矩阵的合作频谱感知算法……30-42
3.1导言……30
3.2检测模型……30-31[/比尔/] 3.3最大和最小特征值检测……31-32[/比尔/] 3.4平均特征值检测(AED)……32-35
3.4.1决策统计的构建……32-33[/比尔/] 3.4.2决定阈值的确定……33-34[/比尔/] 3.4.3决定门槛的修正……34-35
3.5模拟分析……35-40
3.6本章概述……40-42
第4章基于顺序检测的合作频谱感知……42-54
4.1导言……42
4.2顺序检测原理……42-46[/比尔/] 4.3双阈值确定……46-47 [/BR/] 4.4绩效分析……47-51
4.4.1决策阈值可靠性测试……47-48 [/BR/] 4.4.2算法稳定性测试……48-49 [/BR/] 4.4.3测试速度测试……49-50
4.4.4应用范围测试……50-51
4.5本章概述……51-54

摘要

目前,频谱感知技术作为实现认知无线电的基础,受到了广泛的关注和研究,许多频谱感知技术的研究取得了良好的成果,使得认知无线电迅速从理论框架走向广泛的应用。
然而,在恶劣的无线通信环境下,需要对频谱感知进行更深入的研究,以更高效的频率检测技术提高空空闲频谱的感知效率。本文对认知无线电中的频谱感知技术进行了总结和分析。主要工作如下:
1)。研究了基于协方差矩阵的合作频谱感知算法。对能量检测算法和基于协方差矩阵的最大最小特征值检测算法进行了仿真和测试。结果表明,该算法不需要主用户信号和信道的先验信息,计算量小,实现简单,在噪声时变检测环境下比能量检测具有更好的检测性能,应用范围广。然而,由于该算法的决策统计量仅使用样本协方差矩阵的两个特征值,因此其检测性能在噪声时变检测环境中不够稳定。
2)针对自适应规划算法检测性能对噪声变化不鲁棒的缺点,提出了一种基于协方差矩阵平均特征值检测的算法(AED)。对该算法进行了理论分析和仿真实验。结果表明,该检测算法不需要主用户信号的先验信息,不受噪声功率的限制,计算量小,实现简单。同时,单用户自协方差矩阵特征值检测不需要信号相关,应用范围广。与程序设计算法相比,AED算法的检测性能相对可靠稳定。