认知无线网络中的联合频谱检测关键技术研究

发布时间：2019-02-18 15:12

【摘要】：由于认知无线网络可以通过异构网络结构和动态频谱接入技术为认知用户提供高效的频谱利用率,因此其已经成为无线通信技术的前沿研究领域之一。为了不对授权用户造成干扰,认知用户必须进行频谱检测。由于本地频谱检测受到信道衰落特性的影响,可能导致“隐藏终端”问题,从而无法获得对某些信道准确的检测结果。为了解决“隐藏终端”问题,协作频谱检测应运而生。协作频谱检测利用认知基站来融合多个认知终端对同一信道的本地检测结果,通过空间检测分集收益来提升检测性能,从而解决“隐藏终端”问题。虽然协作频谱检测可以有效解决“隐藏终端”问题,但是由于单个认知终端受到本身硬件的限制无法有效的进行宽带频谱检测。因此为了解决宽带频谱的检测问题,联合频谱检测被提出来。联合频谱检测首先将整个宽带频谱划分为若干窄带子信道,然后将认知终端分配至这些子信道,每一个认知用户只检测自己被分配进去的那个子信道,分配至同一子信道的认知用户利用协作频谱检测的方式对该子信道进行检测。最后认知基站汇集各个子信道的检测信息从而获得整个宽带频谱的占用情况。本文的主要创新点及贡献如下： 1、当认知用户数N大于子信道数M时,存在如何将认知终端分配至各个子信道进行协作检测的问题。本文首先定义无效传输-有效传输比率来衡量终端分配策略的性能。然后在所有认知终端对同一信道具有相同检测性能的特殊场景下讨论了终端分配策略,给出了最优的检测终端数目的闭式解。其次基于特殊场景下的结论,本文在更一般的场景下,即不同认知用户对同一信道的检测性能不相同,讨论了终端分配策略,提出了一种迭代贪婪算法来完成终端分配策略,最后的仿真结果显示了终端分配策略的有效性。 2、当认知用户数N小于信道数M时,不能采用先进行终端分配再协作检测的方法。认知用户必须按照某种检测序列对各个子信道依次进行检测。本文首先给出了基于授权用户与认知用户两方面先验知识的频谱检测序列。当只有一个认知用户时,即N=1时,该认知用户只需按照该序列进行检测即可。其次当2≤NM时,本文分别在竞争式多用户和非竞争式多用户两种场景下给出了相应的频谱检测策略。最后仿真结果证明所提频谱检测策略可以有效提高认知用户的检测效率和传输效率。 3、最后针对联合频谱检测策略需要消耗大量检测和上报能量开销的问题,提出了联合频谱检测策略的休眠机制。首先按照认知无线网络中认知用户的接入需求量将休眠机制划分为轻负载休眠机制和重负载休眠机制两种。在轻负载休眠机制下,只有部分信道执行频谱检测,其余信道不执行频谱检测,也即进入到检测休眠状态。在轻负载休眠机制下,本文求出了最优的检测信道数。在重负载休眠机制下,利用信道空闲和占用的特性,当某一信道状态发生跳变时(“占用-空闲”或者“空闲-占用”),检测该信道的认知用户在一定的时长内执行检测休眠。本文证明了存在最优的休眠时长并求出了闭式解。仿真结果证明,本文所推荐的休眠机制可以以较小的系统损失换来显著的检测能量节省。
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【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN925

【参考文献】