认知无线电系统中频谱感知技术的研究.pdf
摘要
摘要
认知无线电技术被认为是可以自动感知外部环境的智能通信系统,它能实时
感知外部环境的变化,保证在不干扰授权用户正常通信的条件下,认知用户能够实
时准确的检测到空闲的频段,并使用该频段进行通信。而频谱感知技术被认为是实
现认知无线电的前提技术,本文研究了认知无线电中基于协方差矩阵特征与动态
门限的频谱感知方法。由于实际应用中,用户的参与积极性会影响感知结果,因此
本文还对如何激励更多的用户参与频谱感知问题进行了研究。论文的主要工作如
下:
(1)考虑到接收信号协方差矩阵特征的性质,本文提出了一种新的基于特征
值的盲频谱感知方法。该算法,只需要根据信号特性计算得到特征值信息,利用
Tracy-Widom分布律和FlorenceMerlevède分布律分别构建检验统计量,推导出它
们对应的判决门限的理论表达式,通过仿真结果证明了所提方法能有效提高感知
性能。
(2)考虑认知用户之间可以相互共享数据的场景,本文提出了一种基于联盟
博弈的协作频谱感知方法。在协作频谱感知中,成本过高会影响认知用户参与感知
的积极性的问题,通过引入联盟博弈的模型,多个认知用户相互协作形成联盟,以
降低感知成本,提高效用。仿真实验结果表明,该算法可以有效降低认知用户的成
本,提高用户参与频谱感知的积极性,同时,由于更多的用户参与检测,检测概率
也明显提高。
(3)基于认知用户与多个感知用户共存的场景,本文利用Stackelberg博弈理
论构建了一种协作频谱感知算法。在该算法中,融合中心扮演领导者的角色,而协
作用户则作为从属者角色参与博弈。在领导层的博弈过程中,领导者设计出最优的
报酬策略,旨在最大化自身的效用,并以此提高协作用户参与感知的积极性。作为
从属者的协作用户,会根据自身的感知时间以及平台提供的报酬,灵活调整行为策
略,以追求个人效用的最大化。仿真实验的结果充分证明了,所提出的算法在确保
协作用户效用不受损害的前提下,显著提升了频谱检测的准确性,实现系统性能的
优化。
关键词:认知无线电;频谱感知;协方差矩阵;Stackelberg博弈;联盟博弈
I
Abstract
Abstract
Cognitiveradiotechnologyisconsideredtobeanintelligentcommunicationsystem
thatcanautomaticallyperceivethesurroundingexternalenvironment.Itcansensethe
changesintheexternalenvironmentinrealtime,andensurethatcognitiveuserscan
accuratelydetecttheidlefrequencybandinrealtimeandusethefrequencybandto
communicatewithoutinterferingwiththenormalcommunicationofauthorizedusers.
Spectrumsensingtechnologyisconsideredtobethepremisetechnologytorealize
cognitiveradio.Thispaperstudiesthespectrumsensingmethodbasedoncovariance
matrixcharacteristicsanddynamicthresholdincognitiveradio.Inpracticalapplications,
theenthusiasmofusersparticipationwillaffectthesensingresult