1、l 南京邮电大学通达学院毕 业 设 计 （ 论 文 ）题 目： 基于加权的认知无线电检测融合技术研究 专 业： 通信工程（专转本） 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集
2、、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：
3、日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日摘 要本文研究了一种基于加权的认知无线电检测融合技术。为了克服单认知用户检测可靠性低以及多径衰落和阴影效应的问题，于是提出了合作频谱检测技术，虽然解决了上述问题，但在实际工作环境中，单个认知用户由于分布在不同的
4、地理位置和环境，其平均信噪比也会不同，而目前等权重的感知算法没有考虑这些因素的影响，因此它并不是最优的。基于上述问题，本文采用一种加权合作频谱感知技术，它根据单个认知用户工作处在不同的信噪比下，动态地赋予每个认知用户不同的权重，在认知用户将判决送到融合中心后，中心对各个认知用户的判决加以不同的权重后再做出判决，从而可以提高频谱感知的性能。仿真结果表明，加权合作频谱感知不仅克服了目前合作频谱感知方法的不足，其检测性能也优于目前的方法。关键词：认知无线电；加权；频谱检测；判决；ABSTRACTThis paper studies the cognitive radio judgement base
5、d on the weighted fusion technology. In order to overcome the problem of low reliability of a single cognitive user judgement and multipath fading and shadowing effects, so the cooperative spectrum sensing technology to solve the above problems, but in the actual working environment, a single cognit
6、ive user due to the distribution of different location and environment, the average signal to noise ratio will be different, and the present, and other weight-aware algorithm does not consider the impact of these factors, so it is not optimal. Based on the above problem, a weighted cooperative spect
7、rum sensing technology based on a single cognitive user at different signal to noise ratio, dynamic give different weights of each cognitive user, and the judgment delivered in cognitive users fusion center, the center of each cognitive users judgment to be the right weight and then make a judgment,
8、 which can improve the performance of spectrum sensing. Simulation results show that the weighted cooperative spectrum sensing is not only to overcome the current lack of cooperative spectrum sensing method, the detection performance is also superior to the current method.Keywords: cognitive radio；
9、weighted；spectrum sensing；judgement；目 录第一章 绪 论 .11.1 论文研究背景 .11.2 主要工作以及论文结构安排 .1第二章 认知无线电的概述 .32.1 认知无线电技术 .32.1.1 认知无线电的概念 .32.1.2 认知无线电的研究现状 .32.1.3 认知无线电功能的演进 .42.2 认知无线电技术的应用 .52.2.1 在 UWB 中的应用 .52.2.2 在 Mesh 网中的应用 .52.2.3 在 WRAN 中的应用 .52.3 认知无线电的主要功能 .62.3.1 检测 .62.3.2 分析 .62.3.3 调整 .62.3.4 推理
10、和学习 .6第三章 认知无线电的关键技术 .83.1 认知无线电的频谱感知技术 .83.1.1 基于发射机的频谱检测技术 .93.1.2 基于接收机的频谱检测技术 .143.2 动态频谱分配 .153.3 功率控制 .16第四章 合作频谱检测技术 .174.1 概述 .174.2 合作频谱感知的分类 .184.2.1 中心式合作频谱感知 .184.2.2 分布式合作频谱感知 .184.2.3 基于外部节点的合作频谱感知 .194.3 数据融合准则 .204.3.1 硬判决算法 .204.3.2 软判决算法 .214.4 部分用户合作 .22第五章 基于加权的认知无线电检测融合技术 .245.1
11、 概述 .245.2 基于能量检测的单认知用户检测模型 .245.3 合作检测 .255.4 基于加权的认知无线电检测融合技术 .255.4.1 加权合作方案 .255.4.2 加权合作性能 .265.4.3 仿真和结果分析 .28结束语 .30致 谢 .31参考文献 .32附录 .33南京邮电大学通达学院 2012 届本科生毕业设计（论文）1第一章 绪 论1.1 论文研究背景目前随着无线通信业务需求的快速增长，可用频谱资源变得越来越稀缺。人们通过采用先进的无线通信理论和技术，如链路自适应技术、多天线技术等努力提高频谱效率的同时，却发现全球授权频段，尤其是信号传播特性比较好的低频段的频谱利用率
12、极低。以美国为例，美国联邦通信委员会(FCC, Federal Communications Commission)的大量研究报告说明频谱的利用情况极不平衡，一些非授权频段占用拥挤，而有些授权频段则经常空闲。来自美国国家无线电网络研究实验床(NRNRT, National Radio Network Research Testbed)项目的一份测量报告表明3GHz 以下频段的平均频谱利用率仅有 5.2%。因此近几年来，能够对不可再生的频谱资源实现再利用的频谱共享技术受到了人们的广泛关注。现有的频谱共享技术，如工业、科学和医用(ISM, Industrial, Scientific, and M
13、edical)频段开放接入、工作于3GHz10GHz频段的超宽带(UWB, Ultra-Wide Band)系统与传统窄带系统共存等技术通常应用于固定频段的共享，或受限于发送功率的短距离通信。这些技术在提高频谱利用率的同时却增加了干扰，限制了通信系统的容量和灵活性。1999 年，J.Mitola 博士提出了认知无线电（CR）的概念。认知无线电是一种智能的无线通信技术，它能够连续不断地感知周围的通信环境，通过对环境信息的分析、理解和判断，然后通过无线电知识描述语言（RKRL）自适应地调整其内部的通信参数（如发射功率、工作频率、编码方式等）以适应环境的变化。其核心思想是通过检测哪些频谱处于空闲状态
14、，在不影响授权用户的前提下智能地选择和利用这些空闲频谱，从而提高频谱的利用率。1.2 主要工作以及论文结构安排目前频谱感知的方法有很多，如单用户检测方法，此种方法虽然简单，但是由于多径衰落以及阴影效应的原因，导致单用户检测的方法很不可靠，虽然后来研究人员又提出了合作检测方法，合作频谱检测是相对于单个用户的本地频谱检测算法而言的，参与合作频谱检测的认知用户都是采用基于主用户发射端检测方法的。依据认知用户合作的方式，可以分为中心式和分布式以及基于外部节点式这三类。在中心式的合作感知方法中，中心节点负责收集其通信信号覆盖范围内的各认知用户传输过来的感知信息，并将这些信息按照某种算法进行数据融合，判决
15、出所关心的频段内是否存在主用户发射机信号，从而确定出空闲的频谱资源；分布式是指认知系统中认知用户之间相互交流检测信息，并且各自做出最终的判南京邮电大学通达学院 2012 届本科生毕业设计（论文）2决；在基于外部节点的频谱感知方法中，外部代理节点执行频谱感知功能，并由它通过广播的方式将频谱占用的信息传送给认知无线电网络。合作频谱检测方法虽然能够克服多径衰落以及阴影效应的影响，然而对于合作频谱检测的研究主要集中在单个认知用户独立同分布且具有相同的平均信融噪比情况下，以等权重的方式进行数据合，但在实际工作环境下，单个认知用户由于分布在不同的地理位置和环境，其平均信噪比也会不同，每个认知用户的局部判决
16、在融合中心对全局判决的影响也不相同，而目前等权重的感知算法没有考虑这些因素的响，因此它并不是最优的。基于上述问题，本文提出了一种基于加权的合作频谱感知技术，它根据单个认知用户工作处在不同的信噪比下，动态地赋予每个认知用户不同的权重，在认知用户将判决送到融合中心后，中心对各个认知用户的判决加以不同的权重后再作出判决，从而可以提高频谱感知的性能。本文主要研究了基于加权融合的认知无线电频谱检测技术，首先阐述了认知无线电的定义、当前认知无线电的研究现状，然后讨论了认知无线在的关键技术，并系统地介绍了各种典型的频谱检测方法，接着讨论了基于不同融合准则的合作检测技术，最后着重研究了基于加权的频谱检测融合技
17、术，并且对该算法进行了 MATLAB 仿真，仿真结果表明，基于加权的认知无线电检测融合技术对检测性能有着很大的提升。论文的结构安排如下：第二章阐述认知无线电的概念、研究现状、应用以及认知无线电应具备的功能。第三章论述了认知无线电的关键技术，即频谱感知、动态频谱分配以及功率控制技术，并且着重论述了频谱检测的方法，包括主用户发射端检测和主用户接收端检测。并给出了几种典型频谱检测方法的计算公式。第四章论述合作频谱检测的概念，论述了中心式，分布式以及基于外部节点式三种合作方案，并且着重讲述了几种常用的融合准则，如与准则，或准则以及K/N准则。第五章论述了基于加权的认知无线电检测融合技术，简述了基于能量
18、检测的单用户认知检测以及合作检测，引出加权合作检测的方法，重点论述了加权合作的方案以及加权合作的性能，最后对基于加权的频谱检测融合技术进行了MATLAB 仿真。南京邮电大学通达学院 2012 届本科生毕业设计（论文）3第二章 认知无线电的概述2.1 认知无线电技术2.1.1 认知无线电的概念认知无线电( cognitive radio,CR) 的概念是由Joseph Mitola博士提出的，他在1999年发表的一篇学术论文中描述了认知无线电如何通过一种“无线电知识表示语言(RKRL) ”的新语言提高个人无线业务的灵活性，随后在2000年瑞典皇家科学院举行的博士论文答辩中详细探讨了这一理论。认知
19、无线电也被称为智能无线电，从广义上来说是指无线终端具备足够的智能或者认知能力，通过对周围无线环境的历史和当前状况进行检测、分析、学习、推理和规划，利用相应结果调整自己的传输参数( 包括频率、调制方式、发射功率等), 使用最适合的无线资源完成无线传输。认知无线电能够帮助用户自动选择最好的、最廉价的服务进行无线传输，甚至能够根据现有的或者即将获得的无线资源延迟或主动发起传送。实际上，认知无线电技术是对频谱资源从时间、空间和频率等多维度的重复利用和共享。认知无线电在特定频段上进行探测，如果发现该频段当前未被使用, 可以在不影响首要用户的前提下使用该频段，则占用该频段，如果该频段的首要用户恢复无线传输
20、，那么认知无线电设备就跳转到其他频段或者通过改变传输功率、调制方式等手段来避免对首要用户产生干扰。2.1.2 认知无线电的研究现状随着认知无线电的发展，认知无线电技术已经得到全世界越来越广泛的关注，各个国际标准化组织和行业联盟纷纷开展相关的研究，并且着手定制认知无线电的标准和协议。认知无线电技术的实现需要频谱管理政策的支持。近几年来一些频谱政策管理部门，如美国联邦通信委员会（FCC）等对该技术给予了积极的支持。一些国际标准化组织也开始制定相关的标准以推动认知无线电技术的发展。美国电气和电子工程师协会（IEEE）在2004年11月成立了IEEE802.22工作组，这是第一个基于认知无线电技术的空中接口标准化组织。国外的许多著名学者和研究机构都投入到了认知无线电技术的相关研究当中。美国加州大学伯克利分校无线研究中心主要进行认知无线电物理层的设计研究，并且与柏林技术大学共同开发CORVUS项目，通过建立认知无线电测试床对各种频谱侦听技术合和算法进行试验仿真和性能分析。
