認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中基于壓縮感知的寬帶頻譜感知技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)線通信領(lǐng)域的迅猛發(fā)展使得可供分配的無(wú)線頻譜資源日益短缺。認(rèn)知無(wú)線電理論為解決可利用頻譜資源稀缺問(wèn)題、有效提高頻譜利用率、實(shí)現(xiàn)頻譜動(dòng)態(tài)分配與管理等提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。頻譜感知技術(shù)是認(rèn)知無(wú)線電的首要任務(wù)，只有迅速、準(zhǔn)確、可靠地探測(cè)到頻譜空穴，才能進(jìn)行頻率資源的有效再分配，完成后續(xù)通信環(huán)節(jié)。隨著人們對(duì)無(wú)線業(yè)務(wù)需求量的與日俱增，移動(dòng)通信趨于寬帶化，越來(lái)越高的采樣率和有限的處理速度成為限制寬帶頻譜感知理論發(fā)展的瓶頸。壓縮感知理論將高維稀疏信

2、號(hào)投影到低維空間進(jìn)行存儲(chǔ)、處理與傳輸，為寬帶頻譜感知技術(shù)中的高速采樣和處理難題提供了一種有效解決方案。本文基于上述背景展開研究工作，探索基于壓縮感知理論的寬帶頻譜感知新技術(shù)。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　?。?）利用分布式壓縮感知實(shí)現(xiàn)寬帶頻譜感知，提出基于差分信號(hào)分布式壓縮感知（DS-DCS）的加權(quán)寬帶頻譜感知算法。該算法針對(duì)寬帶頻譜采樣率高的問(wèn)題，利用壓縮感知技術(shù)降低采樣率，同時(shí)引入差分處理方法降低計(jì)算復(fù)雜度；又針對(duì)單點(diǎn)檢測(cè)帶

3、來(lái)的深衰落、隱節(jié)點(diǎn)以及抗噪聲能力差等問(wèn)題，采用分布式感知系統(tǒng)進(jìn)行多節(jié)點(diǎn)協(xié)同檢測(cè)并利用信噪比的估計(jì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行加權(quán)處理。仿真證明，該算法能有效降低各節(jié)點(diǎn)采樣率，大幅提高系統(tǒng)檢測(cè)概率，顯著改善系統(tǒng)對(duì)噪聲的魯棒性。
　?。?）基于上述DS-DCS加權(quán)寬帶頻譜感知算法，提出了一種基于優(yōu)選方法的寬帶頻譜感知新算法。引入分布式壓縮感知理論以及差分信號(hào)處理方式來(lái)降低信號(hào)采樣率，提高檢測(cè)靈敏度。在融合中心，設(shè)計(jì)J選C選優(yōu)算法，并且從實(shí)際出發(fā)，加入信

4、噪比估計(jì)誤差，利用可信度因子乘以估計(jì)信噪比得到可信信噪比，改善由于估計(jì)誤差導(dǎo)致的檢測(cè)性能下降，從 J個(gè) CR次用戶中選取C個(gè)可信信噪比最大的參與協(xié)作頻譜感知，最后利用SCSMP算法進(jìn)行聯(lián)合重構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于優(yōu)選方法的寬帶頻譜感知新算法不僅加入信噪比估計(jì)誤差，更接近實(shí)際場(chǎng)景，而且優(yōu)選算法還進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的感知性能，顯著加強(qiáng)了系統(tǒng)的抗噪能力，同時(shí)還有效縮短了頻譜感知算法的平均檢測(cè)時(shí)間，滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。
　?。?）針對(duì)壓縮

5、感知雖然降低了采樣率，但是重構(gòu)算法復(fù)雜的缺點(diǎn)，通過(guò)支持向量機(jī)建立頻譜感知分類器，取代頻譜檢測(cè)過(guò)程中的信號(hào)重構(gòu)過(guò)程。同時(shí)提出了基于 SVM的多級(jí)二元分類器頻譜檢測(cè)算法，以及基于 SVM的單級(jí)多元分類器頻譜檢測(cè)算法兩種算法來(lái)滿足感知系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的不同要求。當(dāng)前大部分基于 CS的寬帶頻譜感知算法都需要進(jìn)行信號(hào)重構(gòu)，這兩種算法通過(guò) SVM建立分類器避免了重構(gòu)過(guò)程帶來(lái)的計(jì)算成本和感知時(shí)延。實(shí)驗(yàn)仿真表明：相較于基于信號(hào)重構(gòu)的寬帶頻譜感知算法，以上兩