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40000字论文范文认知无线电中频谱感知时间的优化方法

论文类型:论文范文
论文字数:40000字
论点:频谱,感知,无线电
论文概述:

有限的频谱资源以及对固有分配频谱的不完全利用是无线通信业务所面临的两个重要难题,而认知无线电技术的出现从很大程度上缓解了这个两问题,为无线通信业务开辟了新的天地,促进它更

论文正文:

第一章引言

1.1认知无线电技术的提出和研究背景
无线电频谱是一种宝贵而有限的资源。随着时代的不断发展,频谱的使用已经供不应求。频谱决策者和通信专家正在寻找目前稀缺频谱资源的解决方案。对这个问题的关注始于对当前0~3GHZ频带的竞争性使用。示出的分频图显示,与所有频带相比,一些频带被过度分配,而一些频带基本空闲,利用率低,这都导致频率资源的浪费变得越来越严重。加州大学伯克利无线研究所也通过在城市的实际测量获得了低频谱利用率的事实,特别是在3~6GHZ频段,利用率占整个利用频段的4.978%。
联邦通信委员会频谱管理小组也证实了这一观点,称频谱使用中有大量空空闲时间,并且使用的频带不平衡。为了解决频谱短缺和利用率低的问题,具有快速和近响应要求的认知无线电技术受到了大量学术专家的关注。为了提高空空闲频谱的利用率,联邦通信委员会(FCC)发布了一项建议(NPRM-FCC 03-322[2]),以提高认知无线电(CR)技术作为协商或频谱共享的候选技术。2009年,美国联邦通信委员会发布了另一项法规,名为“关于认知无线电的拟议规则制定通知”,该法规指出,新的无线电技术可以在不干扰授权用户的情况下共享频谱,因此需要重新思考无线通信的结构框架。
当前无线系统的特征不超过三个。一是大量静态频谱空空闲资源不能得到有效利用。另一个是固定无线功能。第三是有限的网络协调。一些系统在未经许可的频带中实现了高频谱利用率,但是由于有限的网络性能和可扩展性,它们面临频繁的干扰。认知无线电系统使用动态频谱管理技术来防止干扰,并通过“虚拟许可频带”中的创建时间和相关配置来主动适应本地频谱条件。例如,与授权用户共享频带。认知无线电的独特之处在于它需要能够感知宽范围的频谱并主动适应它,因为无线电没有主用户赋予的使用预设频率的任何权利。这种新的无线电功能将涉及各种模拟、数字和网络处理技术,以满足无线电感知和快速频率变化的需求。同时,对涉及跨层问题的频谱感知也给出了最好的解释。此外,认知无线电敏感度可以通过三种方式提高。首先,提高射频前端的灵敏度;其次,利用授权信号数字信号处理增益;第三,三个网络合作,用户共享频谱感知测量结果。

1.2认知无线电的关键技术和研究现状
1.2.1认知无线电的概念是在米托拉和马奎尔的著作中提出的,提到无线电由射频无线电频带、天线、协议和空组成,频谱利用率因相间模式而降低。由于认知无线电,无线电领域的软无线电已经扩展到新的领域。Haykin认为认知无线电是一种智能无线通信系统,能够感知周围环境,有目的地改变一些参数(如发射功率、载波频率和调制策略),使内部状态能够接收射频的统计变化。在实际应用中,认知无线电有两个最重要的基本要素。一是支持随时随地的高可靠性通信。第二是有效利用有线频谱。
更具体地说,认知无线电技术包括四种功能。
(1)频谱感知
其主要功能是检测可用频率,以便在授权频段工作的认知用户能够随时掌握授权用户,从而确保授权用户不受影响。认知无线电调谐(CR)设备通过频谱感知技术获得有用的信息,用于判断频谱带空是否自由可用,以及用于判断授权用户的出现次数。为了避免对授权用户的干扰,认知用户必须具有高可靠性频谱感知能力,即一旦授权被广泛使用,就能够实时连续监控频谱,并快速感知和避开相应的频带)。同时,CR设备还需要大范围的多角度光谱检测。-一般来说,单节点和千干扰分别是基于传统频率吗?传感技术的两种检测方式。单节点传感主要包括匹配滤波器检测、能量检测、循环平稳特征检测等算法。同时,为了防止超过联邦通信委员会规定的干扰温度,基于干扰的检测需要随时监控授权用户的干扰能力。然而,单个节点的感知效果并不令人满意。因此,针对单个节点的缺陷,提出了协同频谱检测的概念,并利用多节点感知结果进行融合和综合比较,最终做出合理的决策。
(2)频谱管理
其主要功能是选择最佳频道。基于频谱感知的频谱分析和频谱决策是频谱管理技术的主要内容。认知无线电技术需要在所有可用频带中为用户选择最合适的分配,以满足用户的各种需求。然而,通过光谱检测到的光谱空空穴可能在很宽的频率范围内散射。它们甚至具有不同的时间空维度,并具有不同的动态特性。因此,认知无线电技术必须具有频谱管理功能。通过频谱分析获得频谱空孔的频谱特性,并选择最符合用户要求的决策。频谱决策的功能是根据信道特性(如带宽、传输速率、误码率、延迟等)选择合适的工作频带进行传输。

1.3本文的研究目标和结构安排……19-20
第二章认知无线电技术中的频谱感知研究……20-27
2.1光谱传感技术概述……20-21
2.2频谱感知信号处理相关技术……21-24 [/BR/] 2.2.1匹配滤波器技术……21-22[/溴/] 2.2.2能量检测……22-23
2.2.3循环平稳特性的检测……23-24[/比尔/] 2.3合作感知……24-27 [/BR/] 2.3.1合作感知技术的基础理论知识……24-25
2.3.2常用合作频谱检测算法中的融合准则...................25-27
第3章基于信道条件的频谱感知检测……27-33
3.1型号描述……27-28
3.2算法模型……28
3.3优化频道搜索时间……28-31
3.3.1自适应频道搜索……29
3.3.2传感时间的优化……29-31
3.4模拟结果……31-33
第4章优化……基于传统分束合作频谱感知4.1系统模型的33-39
……33-34 [/BR/] 4.2模型分析……34-36
4.2.1捆绑包的建立……36[/溴/] 4.2.2光谱传感……36[/比尔/] 4.3模拟结果……36-39

概述

有限的频谱资源和固有分配频谱的不完全利用是无线通信服务面临的两个重要挑战。认知无线电技术的出现在很大程度上缓解了这两个问题,为无线通信服务开辟了一个新世界,促进了无线通信服务的更好发展。
本文在介绍认知无线电的基本知识和关键技术的同时,重点研究了优化认知无线电合作频谱感知时间的两种方法。首先,在传统的传感过程中,信道之间会有不同的情况。一些频道通常很忙,而另一些则空闲。通过对忙信道和空闲信道的统计得到该信道的感知时间权重,并根据每个信道的不同情况提出相应的自适应感知方案。对于经常处于空空闲状态的信道,会给出更多的检测间隔,以确保更低的虚警概率。对于经常处于忙碌状态的频道,减少感知时间以避免无用的工作。同时,为了保证检测质量,设置了限制参数以保证高质量的频道搜索。通过建立这样的模型,感知时间通常被优化。仿真结果表明,自适应信道条件下的频谱检测间隔减小。同时,随着限制参数的增加,平均搜索时间也随之增加。
其次,基于传统的分束协作传感技术,本文认为不同认知用户传输的传感数据的可靠性不同,因此融合中心对所有传感数据的处理耗时、低效、低成本,增加了认知用户处理数据的负担。在本文中,通过减少要处理的数据量来改善感知。首先,将认知用户发送给波束头和融合中心的误码率与在波束头中筛选认知用户进行比较。沃尔德方程然后被用来计算需要向融合中心发送报告信的样本的总平均数。仿真结果表明,感知省时率有了很大提高。同时,与传统的分束协作传感技术相比,样本数量也有所减少。