認知無線電的頻譜感知技術(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、本文研究了認知無線電的頻譜感知技術(shù)中的噪聲特性和感知開銷與系統(tǒng)性能的折中優(yōu)化問題。為進一步認識信噪比墻現(xiàn)象的本質(zhì)，研究了噪聲功率的波動模型，明確了能量檢測器中信噪比墻現(xiàn)象的必然性。然后，歸納總結(jié)了克服信噪比墻現(xiàn)象的感知算法優(yōu)化。接著，為全面實現(xiàn)感知開銷參量和系統(tǒng)性能的折中，研究了本地采樣數(shù)與合作用戶數(shù)的聯(lián)合優(yōu)化。最后，為解決數(shù)據(jù)沖突對感知性能影響的問題，研究了基于數(shù)據(jù)沖突的感知周期和采樣時間的聯(lián)合優(yōu)化。本研究主要內(nèi)容包括：
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2、研究了通信系統(tǒng)中噪聲的起源、歸類和統(tǒng)計特性，提出了服從對數(shù)正態(tài)分布的噪聲功率波動模型?；谔岢龅脑肼暪β什▌幽Ｐ?，進一步研究了能量檢測算法中的信噪比墻問題；與已有噪聲功率波動模型比較，通過置信區(qū)間分析，驗證了已有的閉區(qū)間波動模型是對數(shù)正態(tài)模型的特例，即對數(shù)正態(tài)分布的模型更接近噪聲功率波動的真實。
　?、苹谛旁氡葔ΜF(xiàn)象對本地感知算法穩(wěn)健性的重要影響，對研究這個問題的工作做出了全面的歸納分析。明確了出現(xiàn)信噪比墻現(xiàn)象的本質(zhì)原因，一是在

3、頻譜感知的假設檢驗中判決門限對噪聲功率的依賴性；二是待測信號已知信息的不充分?？偨Y(jié)了試圖解決這一問題的研究成果，將算法優(yōu)化歸納為相應的兩種類型。通過對條件和性能的比較分析，得出基于采樣數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣特征值的檢測算法是具有普適性的有效算法。
　　⑶進一步研究了合作感知網(wǎng)絡中感知開銷與數(shù)據(jù)吞吐量之間的折中問題。基于軟合并的判決融合模式和吞吐量最大化準則，建立了本地采樣數(shù)與合作用戶數(shù)的聯(lián)合優(yōu)化模型。改進了基于Armijo非精確線搜索的

4、最速下降算法，求解了模型的最大值優(yōu)化問題，驗證了優(yōu)化模型全局最優(yōu)解的存在性和唯一性；得到了本地采樣數(shù)與合作用戶數(shù)的全局最佳組合，實現(xiàn)了合作感知重要參數(shù)的動態(tài)優(yōu)化。與單一參數(shù)的優(yōu)化相比，聯(lián)合優(yōu)化更深刻地揭示了系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律并更全面地解決了相關(guān)問題。
　?、然谀繕祟l段的主用戶業(yè)務模型和數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)交換模式，建立了主次用戶間的數(shù)據(jù)沖突模型，分析了數(shù)據(jù)沖突對認知網(wǎng)絡有效數(shù)據(jù)吞吐量的影響；通過蒙特卡洛仿真驗證了模型的合理性?；诮⒌臄?shù)據(jù)

5、沖突模型，建立了認知網(wǎng)絡有效數(shù)據(jù)吞吐量與感知周期之間的折中優(yōu)化模型；理論證明了優(yōu)化模型最優(yōu)解的存在性和唯一性，得到了基于數(shù)據(jù)沖突和吞吐量最大化的最佳感知周期。仿真實驗驗證了優(yōu)化模型的有效性。
　?、蔀檫M一步解決主次用戶間的數(shù)據(jù)沖突問題，建立了有效數(shù)據(jù)吞吐量與認知網(wǎng)絡幀結(jié)構(gòu)(感知周期和檢測采樣時間)的聯(lián)合折中優(yōu)化模型。通過非精確線搜索數(shù)值算法求解了該二元聯(lián)合優(yōu)化問題，驗證了優(yōu)化模型全局最優(yōu)解的存在性和唯一性；得到了基于數(shù)據(jù)沖突的認知