認(rèn)知無(wú)線電集中式聯(lián)合頻譜感知算法研究

1、 2022-4-291認(rèn)知無(wú)線電集中式聯(lián)合頻譜感知認(rèn)知無(wú)線電集中式聯(lián)合頻譜感知算法研究算法研究2/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所2022-4-29課題來(lái)源及研究的目的與意義課題來(lái)源及研究的目的與意義1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2硬判決聯(lián)合頻譜感知算法硬判決聯(lián)合頻譜感知算法4軟判決聯(lián)合頻譜感知算法軟判決聯(lián)合頻譜感知算法5周期性聯(lián)合頻譜感知機(jī)制及其優(yōu)化周期性聯(lián)合頻譜感知機(jī)制及其優(yōu)化6主要內(nèi)容主要內(nèi)容結(jié)論結(jié)論7頻譜感知關(guān)鍵技術(shù)頻譜感知關(guān)鍵技術(shù)33/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所2022-4-29課題來(lái)源及研究的目的與意義課題來(lái)源及研究的目的與意義1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外研

2、究現(xiàn)狀2硬判決聯(lián)合頻譜感知算法硬判決聯(lián)合頻譜感知算法4軟判決聯(lián)合頻譜感知算法軟判決聯(lián)合頻譜感知算法5周期性聯(lián)合頻譜感知機(jī)制及其優(yōu)化周期性聯(lián)合頻譜感知機(jī)制及其優(yōu)化6主要內(nèi)容主要內(nèi)容結(jié)論結(jié)論7頻譜感知關(guān)鍵技術(shù)頻譜感知關(guān)鍵技術(shù)34/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所2022-4-29頻譜資源使用不充分頻譜資源使用不充分美國(guó)美國(guó)0-6GHz頻譜資源利用率頻譜資源利用率的測(cè)量結(jié)果的測(cè)量結(jié)果p 絕大多數(shù)頻段未被充分使用絕大多數(shù)頻段未被充分使用p 高頻頻段的頻譜使用率非常低高頻頻段的頻譜使用率非常低 美國(guó)美國(guó)0-6GHz頻譜資源的使用情況頻譜資源的使用情況頻率(GHz)0-11-22-33-44-

3、55-6利用率(%)54.435.17.60.0250.1284.6 美國(guó)美國(guó)0-6GHz的頻譜資源利用率的頻譜資源利用率5/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所2022-4-29FCC將沒(méi)有被授權(quán)用戶充分利用的頻譜叫做將沒(méi)有被授權(quán)用戶充分利用的頻譜叫做“頻譜空穴頻譜空穴” 或者或者“空閑頻譜空閑頻譜” FCC提出非授權(quán)用戶可以采用認(rèn)知無(wú)線電提出非授權(quán)用戶可以采用認(rèn)知無(wú)線電 (Cognitive Radio, CR) 技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)空閑頻譜的感知和利用技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)空閑頻譜的感知和利用 充分利用空閑頻譜充分利用空閑頻譜6/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所認(rèn)知無(wú)線電頻譜感知認(rèn)知無(wú)線電

4、頻譜感知頻譜感知的作用頻譜感知的作用使無(wú)線通信設(shè)備具有感知空閑頻譜并合理利用的能力使無(wú)線通信設(shè)備具有感知空閑頻譜并合理利用的能力避免對(duì)授權(quán)用戶產(chǎn)生任何干擾避免對(duì)授權(quán)用戶產(chǎn)生任何干擾 頻譜感知挑戰(zhàn)頻譜感知挑戰(zhàn)快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)授權(quán)用戶是否存在快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)授權(quán)用戶是否存在解決隱終端問(wèn)題解決隱終端問(wèn)題聯(lián)合頻譜感知的作用聯(lián)合頻譜感知的作用對(duì)授權(quán)用戶不同方位的檢測(cè)，有效地克服隱終端問(wèn)題對(duì)授權(quán)用戶不同方位的檢測(cè)，有效地克服隱終端問(wèn)題在達(dá)到相同檢測(cè)精度下，可以降低系統(tǒng)對(duì)單用戶檢測(cè)靈敏度的要求在達(dá)到相同檢測(cè)精度下，可以降低系統(tǒng)對(duì)單用戶檢測(cè)靈敏度的要求 7/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所認(rèn)知無(wú)線

5、電聯(lián)合頻譜感知認(rèn)知無(wú)線電聯(lián)合頻譜感知聯(lián)合聯(lián)合頻譜頻譜感知感知分類分類集中式集中式分布式分布式協(xié)調(diào)控制認(rèn)知用戶協(xié)調(diào)控制認(rèn)知用戶基站獲得所有用戶的感知信息，檢測(cè)精度高基站獲得所有用戶的感知信息，檢測(cè)精度高 最大化自己的感知性能，合并的信息有最大化自己的感知性能，合并的信息有限，檢測(cè)精度較低限，檢測(cè)精度較低 認(rèn)知用戶本身需要融合功能，終端的設(shè)計(jì)復(fù)雜認(rèn)知用戶本身需要融合功能，終端的設(shè)計(jì)復(fù)雜頻譜頻譜感知感知性能性能體現(xiàn)體現(xiàn)發(fā)現(xiàn)空閑頻譜的能力，感知性能越高認(rèn)知無(wú)發(fā)現(xiàn)空閑頻譜的能力，感知性能越高認(rèn)知無(wú)線電能夠識(shí)別更多的空閑頻譜線電能夠識(shí)別更多的空閑頻譜 探測(cè)授權(quán)用戶的能力，感知性能越高認(rèn)知探測(cè)授權(quán)用戶的能力

6、，感知性能越高認(rèn)知無(wú)線電能夠發(fā)現(xiàn)越微弱的授權(quán)用戶信號(hào)無(wú)線電能夠發(fā)現(xiàn)越微弱的授權(quán)用戶信號(hào) 8/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所課題來(lái)源及研究目的課題來(lái)源及研究目的課題來(lái)源課題來(lái)源國(guó)家自然基金項(xiàng)目認(rèn)知無(wú)線電中基于圖論和博弈論的國(guó)家自然基金項(xiàng)目認(rèn)知無(wú)線電中基于圖論和博弈論的聯(lián)合頻譜分配算法研究聯(lián)合頻譜分配算法研究(編號(hào)：編號(hào)：61071104) 研究目的研究目的為認(rèn)知無(wú)線電的頻譜分配提供先期的頻譜感知和頻譜空穴的獲取為認(rèn)知無(wú)線電的頻譜分配提供先期的頻譜感知和頻譜空穴的獲取 9/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所2022-4-29課題來(lái)源及研究的目的與意義課題來(lái)源及研究的目的與意

7、義1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2硬判決聯(lián)合頻譜感知算法硬判決聯(lián)合頻譜感知算法4軟判決聯(lián)合頻譜感知算法軟判決聯(lián)合頻譜感知算法5周期性聯(lián)合頻譜感知機(jī)制及其優(yōu)化周期性聯(lián)合頻譜感知機(jī)制及其優(yōu)化6主要內(nèi)容主要內(nèi)容結(jié)論結(jié)論7頻譜感知的關(guān)鍵技術(shù)頻譜感知的關(guān)鍵技術(shù)310/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所認(rèn)知無(wú)線電的概念認(rèn)知無(wú)線電的概念Joseph Mitola認(rèn)知無(wú)線電應(yīng)該基于軟件認(rèn)知無(wú)線電應(yīng)該基于軟件無(wú)線電的平臺(tái)，是一種智無(wú)線電的平臺(tái)，是一種智能化的軟件無(wú)線電。認(rèn)知能化的軟件無(wú)線電。認(rèn)知無(wú)線電通過(guò)無(wú)線電知識(shí)表無(wú)線電通過(guò)無(wú)線電知識(shí)表式語(yǔ)言采用模式推理的方式語(yǔ)言采用模式推理的方式與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行智能交流

8、式與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行智能交流 .認(rèn)知循環(huán)認(rèn)知循環(huán) FCC認(rèn)知無(wú)線電是一種通過(guò)與頻譜環(huán)境進(jìn)行交互而改變傳輸參數(shù)認(rèn)知無(wú)線電是一種通過(guò)與頻譜環(huán)境進(jìn)行交互而改變傳輸參數(shù)的無(wú)線電，它能夠采用動(dòng)態(tài)頻譜接入的方式使用授權(quán)頻譜的無(wú)線電，它能夠采用動(dòng)態(tài)頻譜接入的方式使用授權(quán)頻譜,具具有認(rèn)知和重配置能力有認(rèn)知和重配置能力.11/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外研究現(xiàn)狀 認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究美國(guó)國(guó)防部制定的下一代通信計(jì)劃美國(guó)國(guó)防部制定的下一代通信計(jì)劃(Next Generation Communication Program, XG)美國(guó)佐治亞理工學(xué)院提出了基于美國(guó)佐

9、治亞理工學(xué)院提出了基于OFDM的認(rèn)知無(wú)線電寬帶頻譜池系統(tǒng)的認(rèn)知無(wú)線電寬帶頻譜池系統(tǒng)美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校和柏林技術(shù)大學(xué)合作研發(fā)的一種利用虛擬無(wú)美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校和柏林技術(shù)大學(xué)合作研發(fā)的一種利用虛擬無(wú)許可頻譜的認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)許可頻譜的認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng) 美國(guó)加州大學(xué)智能網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的采用可升級(jí)的分布式頻譜共享方案美國(guó)加州大學(xué)智能網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的采用可升級(jí)的分布式頻譜共享方案 的的Nautilus系統(tǒng)系統(tǒng)FCC與與2005年提出了第一個(gè)基于認(rèn)知無(wú)線電的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議年提出了第一個(gè)基于認(rèn)知無(wú)線電的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議IEEE 802.22，也叫無(wú)線區(qū)域網(wǎng)也叫無(wú)線區(qū)域網(wǎng) (Wireless Regional Area

10、 Networks, WRAN) 12/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外研究現(xiàn)狀 認(rèn)知無(wú)線電頻譜感知的研究認(rèn)知無(wú)線電頻譜感知的研究美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的Ganesan博士提出了一種分布式的聯(lián)合頻譜感博士提出了一種分布式的聯(lián)合頻譜感知算法，信噪比較高的用戶作為中繼將感知信息轉(zhuǎn)發(fā)給信噪比低的用戶知算法，信噪比較高的用戶作為中繼將感知信息轉(zhuǎn)發(fā)給信噪比低的用戶韓國(guó)首爾大學(xué)的韓國(guó)首爾大學(xué)的Chongjoon You提出了使用提出了使用TV頻段的集中式聯(lián)合頻譜頻段的集中式聯(lián)合頻譜感知方法，各認(rèn)知用戶獨(dú)立的采用能量檢測(cè)法感知授權(quán)用戶，并通過(guò)一感知方法，各認(rèn)知用戶

11、獨(dú)立的采用能量檢測(cè)法感知授權(quán)用戶，并通過(guò)一個(gè)融合中心收集所有用戶的感知信息并作出最終決策個(gè)融合中心收集所有用戶的感知信息并作出最終決策美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)的美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)的Jose C P提出聯(lián)合頻譜感知能夠產(chǎn)生分集增益，提出聯(lián)合頻譜感知能夠產(chǎn)生分集增益，可以通過(guò)改變門(mén)限來(lái)控制聯(lián)合頻譜感知性能可以通過(guò)改變門(mén)限來(lái)控制聯(lián)合頻譜感知性能 佐治亞理工學(xué)院的佐治亞理工學(xué)院的Jun Ma等人提出了采用軟判決的聯(lián)合頻譜感知算法，等人提出了采用軟判決的聯(lián)合頻譜感知算法，算法基于算法基于Neyman-Pearson原則能夠提高認(rèn)知無(wú)線電的檢測(cè)概率原則能夠提高認(rèn)知無(wú)線電的檢測(cè)概率 倫敦國(guó)王學(xué)院的倫敦國(guó)王學(xué)院的Sto

12、ta教授提出了基于放大中繼和檢測(cè)中繼的認(rèn)知無(wú)線電教授提出了基于放大中繼和檢測(cè)中繼的認(rèn)知無(wú)線電聯(lián)合頻譜感知算法，通過(guò)增加中繼用戶數(shù)可以提高檢測(cè)概率聯(lián)合頻譜感知算法，通過(guò)增加中繼用戶數(shù)可以提高檢測(cè)概率 13/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)會(huì)議和基金國(guó)內(nèi)會(huì)議和基金2008年年5月，北京郵電大學(xué)承辦了中歐認(rèn)知無(wú)線電研討會(huì)月，北京郵電大學(xué)承辦了中歐認(rèn)知無(wú)線電研討會(huì) 2011年中國(guó)通信與網(wǎng)絡(luò)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議年中國(guó)通信與網(wǎng)絡(luò)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議 認(rèn)知無(wú)線電專題認(rèn)知無(wú)線電專題973計(jì)劃、計(jì)劃、863計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金都對(duì)認(rèn)知無(wú)線電進(jìn)行了立項(xiàng)支持計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金都對(duì)認(rèn)知

13、無(wú)線電進(jìn)行了立項(xiàng)支持 國(guó)內(nèi)頻譜感知研究國(guó)內(nèi)頻譜感知研究大連理工大學(xué)的劉航等人采用循環(huán)平穩(wěn)特征檢測(cè)法實(shí)現(xiàn)了低信噪比大連理工大學(xué)的劉航等人采用循環(huán)平穩(wěn)特征檢測(cè)法實(shí)現(xiàn)了低信噪比條件下的頻譜感知條件下的頻譜感知 南京郵電大學(xué)的程世倫提出了基于納什議價(jià)的聯(lián)合頻譜感知算法南京郵電大學(xué)的程世倫提出了基于納什議價(jià)的聯(lián)合頻譜感知算法 中國(guó)電子科技集團(tuán)三十六所的鄭軼等人提出了一種基于融合中心進(jìn)行中國(guó)電子科技集團(tuán)三十六所的鄭軼等人提出了一種基于融合中心進(jìn)行信噪比比較的認(rèn)知無(wú)線電聯(lián)合頻譜感知算法信噪比比較的認(rèn)知無(wú)線電聯(lián)合頻譜感知算法 14/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 北京郵電

14、大學(xué)的虞貴財(cái)研究了感知時(shí)長(zhǎng)和噪聲功率波動(dòng)對(duì)聯(lián)合頻譜北京郵電大學(xué)的虞貴財(cái)研究了感知時(shí)長(zhǎng)和噪聲功率波動(dòng)對(duì)聯(lián)合頻譜感知靈敏度的影響感知靈敏度的影響 哈爾濱工業(yè)大學(xué)的石磊提出了基于分布式優(yōu)化的聯(lián)合頻譜感知算法，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的石磊提出了基于分布式優(yōu)化的聯(lián)合頻譜感知算法，通過(guò)對(duì)信號(hào)和噪聲的概率密度函數(shù)進(jìn)行逐步二次規(guī)劃，可以提高性能通過(guò)對(duì)信號(hào)和噪聲的概率密度函數(shù)進(jìn)行逐步二次規(guī)劃，可以提高性能解放軍理工大學(xué)的崔麗提出了基于信息簡(jiǎn)約的最大似然聯(lián)合頻譜感知解放軍理工大學(xué)的崔麗提出了基于信息簡(jiǎn)約的最大似然聯(lián)合頻譜感知算法，采用簡(jiǎn)約信息降低了傳送感知信息所需要的開(kāi)銷算法，采用簡(jiǎn)約信息降低了傳送感知信息所需要的開(kāi)銷

15、清華大學(xué)的馬志清華大學(xué)的馬志垚垚提出采用聯(lián)合頻譜感知對(duì)授權(quán)用戶進(jìn)行定位，通過(guò)提出采用聯(lián)合頻譜感知對(duì)授權(quán)用戶進(jìn)行定位，通過(guò)建立檢測(cè)概率與測(cè)距的關(guān)系，估計(jì)授權(quán)用戶的三維地理位置信息建立檢測(cè)概率與測(cè)距的關(guān)系，估計(jì)授權(quán)用戶的三維地理位置信息15/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所認(rèn)知無(wú)線電的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用認(rèn)知無(wú)線電的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用 關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)頻譜感知：檢測(cè)授權(quán)用戶頻譜感知：檢測(cè)授權(quán)用戶頻譜分析和決策：選擇最佳的可用頻段頻譜分析和決策：選擇最佳的可用頻段 頻譜共享：允許認(rèn)知用戶在不影響授權(quán)用戶的前提下動(dòng)態(tài)共享頻譜頻譜共享：允許認(rèn)知用戶在不影響授權(quán)用戶的前提下動(dòng)態(tài)共享頻譜 認(rèn)知無(wú)線電組網(wǎng)：

16、跨層設(shè)計(jì)認(rèn)知無(wú)線電組網(wǎng)：跨層設(shè)計(jì)主要應(yīng)用主要應(yīng)用租用網(wǎng)絡(luò)租用網(wǎng)絡(luò) ：租借給私人移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行頻譜接入：租借給私人移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行頻譜接入 認(rèn)知認(rèn)知Mesh網(wǎng)網(wǎng) ：智能的寬帶無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)，具備認(rèn)知與重配置功能：智能的寬帶無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)，具備認(rèn)知與重配置功能 軍用認(rèn)知無(wú)線電軍用認(rèn)知無(wú)線電 ：提高軍事通信對(duì)外界復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性和保密性：提高軍事通信對(duì)外界復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性和保密性應(yīng)急通信認(rèn)知無(wú)線電：迅速地感知突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)的外界環(huán)境信息，并應(yīng)急通信認(rèn)知無(wú)線電：迅速地感知突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)的外界環(huán)境信息，并且能夠快速的組網(wǎng)通信且能夠快速的組網(wǎng)通信 16/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所2022-4-

17、29課題來(lái)源及研究的目的與意義課題來(lái)源及研究的目的與意義1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2硬判決聯(lián)合頻譜感知算法硬判決聯(lián)合頻譜感知算法4軟判決聯(lián)合頻譜感知算法軟判決聯(lián)合頻譜感知算法5周期性聯(lián)合頻譜感知機(jī)制及其優(yōu)化周期性聯(lián)合頻譜感知機(jī)制及其優(yōu)化6主要內(nèi)容主要內(nèi)容結(jié)論結(jié)論7頻譜感知的關(guān)鍵技術(shù)頻譜感知的關(guān)鍵技術(shù)317/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所單用戶頻譜感知單用戶頻譜感知發(fā)射端頻譜感知發(fā)射端頻譜感知匹配濾波器檢測(cè)匹配濾波器檢測(cè) 能量檢測(cè)能量檢測(cè) 循環(huán)平穩(wěn)特征檢測(cè)循環(huán)平穩(wěn)特征檢測(cè)18/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所單用戶頻譜感知單用戶頻譜感知接收端頻譜感知接收端頻譜感知干

18、擾溫度檢測(cè)干擾溫度檢測(cè) 本振泄露檢測(cè)本振泄露檢測(cè) 頻譜感知方案頻譜感知方案優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)匹配濾波器檢測(cè)匹配濾波器檢測(cè)檢測(cè)時(shí)間短、增益大。檢測(cè)時(shí)間短、增益大。必須知道每一類授權(quán)用戶的各種先驗(yàn)信息。必須知道每一類授權(quán)用戶的各種先驗(yàn)信息。能量檢測(cè)能量檢測(cè)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度高、可靠性好，并且不需要實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度高、可靠性好，并且不需要信號(hào)的先驗(yàn)信息。信號(hào)的先驗(yàn)信息。不適合極弱信號(hào)的檢測(cè)，判決門(mén)限較難確定。不適合極弱信號(hào)的檢測(cè)，判決門(mén)限較難確定。循環(huán)平穩(wěn)特征檢測(cè)循環(huán)平穩(wěn)特征檢測(cè)性能良好，能識(shí)別不同調(diào)制方式的信號(hào)，可用性能良好，能識(shí)別不同調(diào)制方式的信號(hào)，可用于擴(kuò)頻信號(hào)的檢測(cè)。于擴(kuò)頻信號(hào)的檢測(cè)。計(jì)算量大，

19、檢測(cè)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。計(jì)算量大，檢測(cè)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。本振泄漏檢測(cè)本振泄漏檢測(cè)低成本、檢測(cè)時(shí)間短。低成本、檢測(cè)時(shí)間短。檢測(cè)本振泄露信號(hào)，應(yīng)用范圍受局限。檢測(cè)本振泄露信號(hào)，應(yīng)用范圍受局限。干擾溫度檢測(cè)干擾溫度檢測(cè)很好地控制對(duì)授權(quán)用戶的干擾。很好地控制對(duì)授權(quán)用戶的干擾。干擾溫度界限很難確定。干擾溫度界限很難確定。19/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 聯(lián)合頻譜感知聯(lián)合頻譜感知隱終端隱終端授權(quán)用戶處于陰影或者嚴(yán)重的多徑授權(quán)用戶處于陰影或者嚴(yán)重的多徑衰落的情況下，隱終端問(wèn)題就會(huì)產(chǎn)生衰落的情況下，隱終端問(wèn)題就會(huì)產(chǎn)生 集中式聯(lián)合頻譜感知步驟集中式聯(lián)合頻譜感知步驟 本地能量檢測(cè)本地能量檢測(cè)向融合中心發(fā)送

20、感知信息向融合中心發(fā)送感知信息融合中心合并及最終決策融合中心合并及最終決策20/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 聯(lián)合頻譜感知聯(lián)合頻譜感知硬判決聯(lián)合頻譜感知硬判決聯(lián)合頻譜感知本地判決是本地判決是0/1判決判決 三種融合準(zhǔn)則三種融合準(zhǔn)則公共信道帶寬小，檢測(cè)公共信道帶寬小，檢測(cè) 性能不高性能不高AND 準(zhǔn)則準(zhǔn)則,1,1,11(1)Nff iiNdd iiNmm iiQPQPQP OR 準(zhǔn)則準(zhǔn)則,1,1,11(1)1(1)Nff iiNdd iiNmm iiQPQPQP K-OUT-N 準(zhǔn)則準(zhǔn)則,11,111,011(1)(1)(1)jNNjfNf if ij kiijjNNjdNd i

21、d ij kiijjNkjmNm im ijiijQCPPQCPPQCPP 軟判決聯(lián)合頻譜感知軟判決聯(lián)合頻譜感知本地判決是能量統(tǒng)計(jì)值本地判決是能量統(tǒng)計(jì)值 融合中心累積判決融合中心累積判決公共信道帶寬大，檢測(cè)公共信道帶寬大，檢測(cè) 性能高性能高22(1)2(1)42fndnMNQQMNQQ21/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 周期性聯(lián)合頻譜感知機(jī)制周期性聯(lián)合頻譜感知機(jī)制 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)終端只需要一根天線終端只需要一根天線及時(shí)地探測(cè)到授權(quán)用戶及時(shí)地探測(cè)到授權(quán)用戶保證足夠的通信時(shí)間保證足夠的通信時(shí)間 設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)目標(biāo)盡可能的降低合作開(kāi)銷盡可能的降低合作開(kāi)銷保證檢測(cè)性能的前提下，盡可能的提高認(rèn)知

22、無(wú)線電吞吐量保證檢測(cè)性能的前提下，盡可能的提高認(rèn)知無(wú)線電吞吐量 22/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所2022-4-29課題來(lái)源及研究的目的與意義課題來(lái)源及研究的目的與意義1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2硬判決聯(lián)合頻譜感知算法硬判決聯(lián)合頻譜感知算法4軟判決聯(lián)合頻譜感知算法軟判決聯(lián)合頻譜感知算法5周期性聯(lián)合頻譜感知機(jī)制及其優(yōu)化周期性聯(lián)合頻譜感知機(jī)制及其優(yōu)化6主要內(nèi)容主要內(nèi)容結(jié)論結(jié)論7頻譜感知的關(guān)鍵技術(shù)頻譜感知的關(guān)鍵技術(shù)323/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 聯(lián)合頻譜感知門(mén)限優(yōu)化聯(lián)合頻譜感知門(mén)限優(yōu)化 能量檢測(cè)門(mén)限優(yōu)化能量檢測(cè)門(mén)限優(yōu)化較低的虛警概率較低的虛警概率 較低的漏檢

23、概率較低的漏檢概率 01*argmineHfHmPP PP P最小化錯(cuò)誤檢測(cè)概率最小化錯(cuò)誤檢測(cè)概率最優(yōu)門(mén)限最優(yōu)門(mén)限2*2142ln21242nnM00.20.40.60.811.21.41.61.820.20.250.30.350.40.450.5Pe SNR=-10dBSNR=-6dBSNR=-2dBSNR=2dB24/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 聯(lián)合頻譜感知門(mén)限優(yōu)化聯(lián)合頻譜感知門(mén)限優(yōu)化 AND準(zhǔn)則準(zhǔn)則各認(rèn)知用戶的接收信噪比和噪聲方差相同，那么各用戶門(mén)限相同各認(rèn)知用戶的接收信噪比和噪聲方差相同，那么各用戶門(mén)限相同(數(shù)值數(shù)值搜索搜索)，反之則不同，反之則不同(復(fù)雜的多元優(yōu)化復(fù)

24、雜的多元優(yōu)化 問(wèn)題問(wèn)題)( )(1),( )(1),qqfff qqqddd qQQPQQP虛警概率和檢測(cè)概率迭代表示虛警概率和檢測(cè)概率迭代表示用戶用戶q門(mén)限優(yōu)化門(mén)限優(yōu)化01*( )( )( )argminqqqqqeHfHmPP QP Q用戶用戶q最優(yōu)門(mén)限最優(yōu)門(mén)限2(1),*2,(1)421ln21242qn qqqfqn qqqqdrrQrMrQ加入的必要性加入的必要性( )(1)( )0qqqeePPOR準(zhǔn)則準(zhǔn)則2(1),*2,(1)4211ln212421qn qqqfqn qqqqdrrQrMrQ用戶用戶q最優(yōu)門(mén)限最優(yōu)門(mén)限25/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 聯(lián)合頻譜感

25、知門(mén)限優(yōu)化聯(lián)合頻譜感知門(mén)限優(yōu)化 K-OUT-N準(zhǔn)則準(zhǔn)則2( ,1)(1,1),*2,( ,1)(1,1)421ln21242k qkqn qqqffqn qqk qkqqddrrQQrMrQQ用戶用戶q最優(yōu)門(mén)限最優(yōu)門(mén)限仿真參數(shù)仿真參數(shù)26/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 聯(lián)合頻譜感知門(mén)限優(yōu)化聯(lián)合頻譜感知門(mén)限優(yōu)化 00.511.522.533.540.20.250.30.350.40.450.5Pe AND準(zhǔn)則,相同門(mén)限OR準(zhǔn)則,相同門(mén)限K-OUT-N準(zhǔn)則,相同門(mén)限AND準(zhǔn)則,優(yōu)化OR準(zhǔn)則,優(yōu)化K-OUT-N準(zhǔn)則,優(yōu)化00.511.522.533.540.20.250.30.350

26、.40.450.5Pe AND準(zhǔn)則,相同門(mén)限OR準(zhǔn)則,相同門(mén)限K-OUT-N準(zhǔn)則,相同門(mén)限AND準(zhǔn)則,優(yōu)化OR準(zhǔn)則,優(yōu)化K-OUT-N準(zhǔn)則,優(yōu)化場(chǎng)景場(chǎng)景1(信噪比和噪聲均相同信噪比和噪聲均相同)場(chǎng)景場(chǎng)景2(信噪比相同信噪比相同, 噪聲不同噪聲不同)27/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所00.511.522.533.500.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5Pe AND準(zhǔn)則,相同門(mén)限OR準(zhǔn)則,相同門(mén)限K-OUT-N準(zhǔn)則,相同門(mén)限AND準(zhǔn)則,優(yōu)化OR準(zhǔn)則,優(yōu)化K-OUT-N準(zhǔn)則,優(yōu)化00.511.522.533.500.050.10.150.20.250

27、.30.350.40.450.5Pe AND準(zhǔn)則,相同門(mén)限OR準(zhǔn)則,相同門(mén)限K-OUT-N準(zhǔn)則,相同門(mén)限AND準(zhǔn)則,優(yōu)化OR準(zhǔn)則,優(yōu)化K-OUT-N準(zhǔn)則,優(yōu)化場(chǎng)景場(chǎng)景3(信噪比不同信噪比不同, 噪聲相同噪聲相同)場(chǎng)景場(chǎng)景4(信噪比和噪聲均不同信噪比和噪聲均不同) 聯(lián)合頻譜感知門(mén)限優(yōu)化聯(lián)合頻譜感知門(mén)限優(yōu)化 28/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 分簇聯(lián)合頻譜感知算法分簇聯(lián)合頻譜感知算法認(rèn)知用戶和融合中心之間的信道可能是衰落信道，此時(shí)認(rèn)知用戶認(rèn)知用戶和融合中心之間的信道可能是衰落信道，此時(shí)認(rèn)知用戶發(fā)送的發(fā)送的0可能被融合中心錯(cuò)譯為可能被融合中心錯(cuò)譯為1，發(fā)送的，發(fā)送的1被錯(cuò)譯為被錯(cuò)譯為

28、0 分簇聯(lián)合頻譜感知算法的步驟分簇聯(lián)合頻譜感知算法的步驟本地頻譜感知本地頻譜感知簇內(nèi)融合簇內(nèi)融合最終決策最終決策 29/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所分簇算法分簇算法選取參考節(jié)點(diǎn)：選取距離融合中心最近的節(jié)點(diǎn)作為初始簇中心選取參考節(jié)點(diǎn)：選取距離融合中心最近的節(jié)點(diǎn)作為初始簇中心聚類：將其余節(jié)點(diǎn)歸到距離最近的簇聚類：將其余節(jié)點(diǎn)歸到距離最近的簇存儲(chǔ)簇和簇頭存儲(chǔ)簇和簇頭 分簇聯(lián)合頻譜感知的虛警概率和檢測(cè)概率為分簇聯(lián)合頻譜感知的虛警概率和檢測(cè)概率為 , , ,111, , ,1111(1)(1)1(1)1(1)(1)1(1)JDDfb jf j ib jf j ijiiJDDdb jd j

29、ib jd j ijiiQPPPPQPPPP 分簇聯(lián)合頻譜感知算法分簇聯(lián)合頻譜感知算法30/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所瑞利衰落瑞利衰落11, , , , ,2121exp()()222d j if j if j if j ijjjPPQPQQPMMM11,10( 1)12()DjmD mb jDmjDPCDmDm 分簇聯(lián)合頻譜感知算法分簇聯(lián)合頻譜感知算法-5-4-3-2-101234510-510-410-310-210-1100SNR (dB)BER D=1D=4D=8D=16簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)不同時(shí)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)不同時(shí)簇頭節(jié)點(diǎn)的誤碼率簇頭節(jié)點(diǎn)的誤碼率 31/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù)

30、 研研 究究 所所 分簇聯(lián)合頻譜感知算法分簇聯(lián)合頻譜感知算法00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.500.10.20.30.40.50.60.70.80.91QfQd 未分簇J=8J=4J=200.050.10.150.20.250.30.350.40.450.500.10.20.30.40.50.60.70.80.91QfQd 未分簇J=8J=4J=2p衰落信道下，分簇越少，算法的感知性能越好衰落信道下，分簇越少，算法的感知性能越好 p分簇越少，簇頭節(jié)點(diǎn)處理的信息量越大，設(shè)計(jì)越復(fù)雜分簇越少，簇頭節(jié)點(diǎn)處理的信息量越大，設(shè)計(jì)越復(fù)雜 不同分簇?cái)?shù)下的檢測(cè)概率不同分簇?cái)?shù)

31、下的檢測(cè)概率(SNR=20dB) 不同分簇?cái)?shù)下的檢測(cè)概率不同分簇?cái)?shù)下的檢測(cè)概率(SNR=-5dB) 32/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所2022-4-29課題來(lái)源及研究的目的與意義課題來(lái)源及研究的目的與意義1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2硬判決聯(lián)合頻譜感知算法硬判決聯(lián)合頻譜感知算法4軟判決聯(lián)合頻譜感知算法軟判決聯(lián)合頻譜感知算法5周期性聯(lián)合頻譜感知機(jī)制及其優(yōu)化周期性聯(lián)合頻譜感知機(jī)制及其優(yōu)化6主要內(nèi)容主要內(nèi)容結(jié)論結(jié)論7頻譜感知的關(guān)鍵技術(shù)頻譜感知的關(guān)鍵技術(shù)333/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 基于加權(quán)的軟判決聯(lián)合頻譜感知算法基于加權(quán)的軟判決聯(lián)合頻譜感知算法高信噪比用戶的

32、檢測(cè)高信噪比用戶的檢測(cè)性能要好于低信噪比性能要好于低信噪比用戶的檢測(cè)性能，因用戶的檢測(cè)性能，因此在融合決策中，如此在融合決策中，如果提高高信噪比用戶果提高高信噪比用戶的檢測(cè)信息所占的比的檢測(cè)信息所占的比重，聯(lián)合頻譜感知的重，聯(lián)合頻譜感知的性能會(huì)獲得提高性能會(huì)獲得提高 加權(quán)軟判決聯(lián)合頻譜感知模型加權(quán)軟判決聯(lián)合頻譜感知模型 21224212122421( )2(1)( )2(12 )NgiinifNiinviNgiiinidNiiinvigQQgMgQQgM 虛警概率和檢測(cè)概率虛警概率和檢測(cè)概率 34/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 基于加權(quán)的軟判決聯(lián)合頻譜感知算法基于加權(quán)的軟判決聯(lián)

33、合頻譜感知算法基于信噪比的權(quán)重基于信噪比的權(quán)重 21,1,2,.,iiNiiiN最大化吞吐量加權(quán)最大化吞吐量加權(quán)軍事通信中，首要目的是提高認(rèn)知無(wú)線電的吞吐量，同時(shí)還應(yīng)該確保軍事通信中，首要目的是提高認(rèn)知無(wú)線電的吞吐量，同時(shí)還應(yīng)該確保認(rèn)知無(wú)線電對(duì)授權(quán)用戶的干擾容量在授權(quán)用戶允許的范圍內(nèi)認(rèn)知無(wú)線電對(duì)授權(quán)用戶的干擾容量在授權(quán)用戶允許的范圍內(nèi) maxs.t.1TIIRR 00(1)THfRC PQ吞吐量吞吐量11(1)IHdRC PQ干擾容量干擾容量min( )s.t.( )1fdQQ 21221max( )s.t.1NiiiiNiiigg 未考慮認(rèn)知用戶和融合未考慮認(rèn)知用戶和融合中心之間信道狀況中心

34、之間信道狀況35/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 基于加權(quán)的軟判決聯(lián)合頻譜感知算法基于加權(quán)的軟判決聯(lián)合頻譜感知算法最優(yōu)權(quán)重最優(yōu)權(quán)重2211,2,.,NiiiiiiiNgg，12,min1( ) 122NfiiMQQ Q最小虛警概率最小虛警概率,max0,min0(1)THfRC PQ最大吞吐量最大吞吐量36/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所最小化干擾容量加權(quán)最小化干擾容量加權(quán)民用通信中，保證認(rèn)知無(wú)線電正常通信需要的最低吞吐量的前提下，民用通信中，保證認(rèn)知無(wú)線電正常通信需要的最低吞吐量的前提下，最小化對(duì)授權(quán)用戶的干擾最小化對(duì)授權(quán)用戶的干擾 mins.t.1ITTRR m

35、ax( )s.t.1dfQQ 21221max( )(12 )s.t.1NiiiiNiiiigg 最優(yōu)權(quán)重最優(yōu)權(quán)重2221,1,2,.,(12 )(12 )NiiiiiiiiiNgg最大檢測(cè)概率最大檢測(cè)概率21,max1( )21212NidiiQMQQ最小干擾容量最小干擾容量,min1,max1(1)IHdRC PQ 基于加權(quán)的軟判決聯(lián)合頻譜感知算法基于加權(quán)的軟判決聯(lián)合頻譜感知算法37/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 基于加權(quán)的軟判決聯(lián)合頻譜感知算法基于加權(quán)的軟判決聯(lián)合頻譜感知算法0.20.30.40.50.60.70.80.9100.511.522.533.544.55RI(

36、kbps)RT(kbps) 最大化吞吐量加權(quán)基于信噪比加權(quán)OR準(zhǔn)則硬判決2.533.544.500.20.40.60.811.21.41.61.8RT(kbps)RI(kbps) 最小化干擾加權(quán)基于信噪比加權(quán)OR準(zhǔn)則硬判決吞吐量隨干擾容量的變化吞吐量隨干擾容量的變化 干擾容量隨吞吐量的變化干擾容量隨吞吐量的變化 為低信噪比用戶分配較小的權(quán)重，降低了它對(duì)聯(lián)合感知性能的負(fù)面影響為低信噪比用戶分配較小的權(quán)重，降低了它對(duì)聯(lián)合感知性能的負(fù)面影響 38/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 基于加權(quán)的軟判決聯(lián)合頻譜感知算法基于加權(quán)的軟判決聯(lián)合頻譜感知算法-15-10-5011.522.533.54

37、4.5g (dB)RT (kbps) 最大化吞吐量加權(quán)基于信噪比加權(quán)OR準(zhǔn)則硬判決-15-10-500.40.60.811.21.41.61.82g (dB)RI (kbps) 最小化干擾加權(quán)基于信噪比加權(quán)OR準(zhǔn)則硬判決吞吐量隨平均信道增益的變化吞吐量隨平均信道增益的變化 干擾容量隨平均信道增益的變化干擾容量隨平均信道增益的變化 為到融合中心信道增益較小的用戶分配較大融合權(quán)重，用來(lái)補(bǔ)償認(rèn)知為到融合中心信道增益較小的用戶分配較大融合權(quán)重，用來(lái)補(bǔ)償認(rèn)知用戶傳送感知信息時(shí)所造成的信息損失。用戶傳送感知信息時(shí)所造成的信息損失。 39/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 基于加權(quán)的寬帶聯(lián)合頻譜

38、感知算法基于加權(quán)的寬帶聯(lián)合頻譜感知算法認(rèn)知無(wú)線電寬帶頻譜感知的主認(rèn)知無(wú)線電寬帶頻譜感知的主要目的是檢測(cè)這些子信道，選要目的是檢測(cè)這些子信道，選擇出其中空閑的子信道供自己擇出其中空閑的子信道供自己使用。使用。 寬帶認(rèn)知無(wú)線電的吞吐量寬帶認(rèn)知無(wú)線電的吞吐量和干擾容量和干擾容量 01,0,1,1,11(,)1(,)LTHllf lg lllLIH lld lg lllRPCQRPCQ 寬帶最大化吞吐量加權(quán)寬帶最大化吞吐量加權(quán)總效益總效益單獨(dú)子信道感知性能單獨(dú)子信道感知性能 ,maxs.t.1,2,.,g llTIIf lld llRRQQlL 0,11,0,1,1,11,min() 122s.t.(

39、)0.5121,2,.,d lLHlld lllQlLH lld llllld llMPC Q QQPC QQMQQlL40/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 基于加權(quán)的寬帶聯(lián)合頻譜感知算法基于加權(quán)的寬帶聯(lián)合頻譜感知算法寬帶最小化干擾容量加權(quán)寬帶最小化干擾容量加權(quán),mins.t.1,2,.,g llITTf lld llRRQQlL1,01,1,1,0,11,()min1212s.t.() 12(0.5)1,2,.,f lLf llH llQllLHllf llllljf llQQMPCQPC QQ QMQlL定理定理4-1和和4-2證明了當(dāng)證明了當(dāng) 和和 時(shí)，目標(biāo)函數(shù)為下凸函時(shí)，

40、目標(biāo)函數(shù)為下凸函數(shù)，可采用牛頓迭代優(yōu)化算法求解數(shù)，可采用牛頓迭代優(yōu)化算法求解 0.5l0.5l41/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 基于加權(quán)的寬帶聯(lián)合頻譜感知算法基于加權(quán)的寬帶聯(lián)合頻譜感知算法1.61.822.22.42.62.833.224681012141618RI (kbps)RT (kbps) 寬帶最大化吞吐量信噪比加權(quán)OR準(zhǔn)則硬判決0.40.8,1,2,.,lllL不同方法的吞吐量比較不同方法的吞吐量比較42/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所1234500.10.20.30.40.50.60.70.80.9子信道序號(hào)Qf 寬帶最大化吞吐量信噪比加權(quán)OR準(zhǔn)則硬

41、判決限 制 值1234500.10.20.30.40.50.60.70.80.91子信道序號(hào)Qd 寬帶最大化吞吐量信噪比加權(quán)OR準(zhǔn)則硬判決限 制 值不同子信道虛警概率不同子信道虛警概率不同子信道檢測(cè)概率不同子信道檢測(cè)概率43/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 基于加權(quán)的寬帶聯(lián)合頻譜感知算法基于加權(quán)的寬帶聯(lián)合頻譜感知算法1212.51313.51414.51522.533.544.555.566.57RT(kbps)RI(kbps) 寬帶最小化干擾容量信噪比加權(quán)OR準(zhǔn)則硬判決不同方法的干擾容量比較不同方法的干擾容量比較44/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所1234500.

42、10.20.30.40.50.60.70.8子信道序號(hào)Qf 寬帶最小化干擾容量信噪比加權(quán)OR準(zhǔn)則硬判決限 制 值1234500.10.20.30.40.50.60.70.80.91子信道序號(hào)Qd 寬帶最小化干擾容量信噪比加權(quán)OR準(zhǔn)則硬判決限 制 值不同子信道虛警概率不同子信道虛警概率不同子信道檢測(cè)概率不同子信道檢測(cè)概率 基于加權(quán)的寬帶聯(lián)合頻譜感知算法基于加權(quán)的寬帶聯(lián)合頻譜感知算法45/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 基于加權(quán)的雙門(mén)限聯(lián)合頻譜感知算法基于加權(quán)的雙門(mén)限聯(lián)合頻譜感知算法硬判決發(fā)送信息量少，但性能低；軟判決性能高，需要發(fā)送大量信息。硬判決發(fā)送信息量少，但性能低；軟判決性能

43、高，需要發(fā)送大量信息。硬軟結(jié)合，性能折中。硬軟結(jié)合，性能折中。設(shè)置檢測(cè)概率上限設(shè)置檢測(cè)概率上限 使得使得 和和 ，得到雙門(mén)限，得到雙門(mén)限0.5,f iP,m iP 12112221121nnQMQM當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， ，雙門(mén)限退化為軟判決聯(lián)合頻譜感知，雙門(mén)限退化為軟判決聯(lián)合頻譜感知012, 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， ，雙門(mén)限退化為硬判決聯(lián)合頻譜感知，雙門(mén)限退化為硬判決聯(lián)合頻譜感知0.51246/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 基于加權(quán)的雙門(mén)限聯(lián)合頻譜感知算法基于加權(quán)的雙門(mén)限聯(lián)合頻譜感知算法檢測(cè)概率、虛警概率和漏檢概率檢測(cè)概率、虛警概率和漏檢概率 每個(gè)認(rèn)知用戶平均發(fā)送比特每個(gè)認(rèn)知用戶平均發(fā)送比特

44、47/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 基于加權(quán)的雙門(mén)限聯(lián)合頻譜感知算法基于加權(quán)的雙門(mén)限聯(lián)合頻譜感知算法00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.100.10.20.30.40.50.60.70.80.91QfQd =0.1=0.2=0.3=0.400.010.020.030.040.050.060.070.080.090.100.10.20.30.40.50.60.70.80.91QfQd 最小化干擾容量加權(quán)非加權(quán)軟判決雙門(mén)限=0.1雙門(mén)限=0.4OR準(zhǔn)則硬判決48/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 基于加權(quán)的雙門(mén)限聯(lián)合頻譜感知算法

45、基于加權(quán)的雙門(mén)限聯(lián)合頻譜感知算法00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.501234567Bave (bit) 加權(quán)軟判決雙門(mén)限算法OR準(zhǔn)則硬判決49/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所2022-4-29課題來(lái)源及研究的目的與意義課題來(lái)源及研究的目的與意義1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2硬判決聯(lián)合頻譜感知算法硬判決聯(lián)合頻譜感知算法4軟判決聯(lián)合頻譜感知算法軟判決聯(lián)合頻譜感知算法5周期性聯(lián)合頻譜感知機(jī)制及其優(yōu)化周期性聯(lián)合頻譜感知機(jī)制及其優(yōu)化6主要內(nèi)容主要內(nèi)容結(jié)論結(jié)論7頻譜感知的關(guān)鍵技術(shù)頻譜感知的關(guān)鍵技術(shù)350/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 授

46、權(quán)用戶占用模型授權(quán)用戶占用模型信道可以建模為信道可以建模為ON-OFF隨機(jī)過(guò)程隨機(jī)過(guò)程 01,llOFFONHlllllONOFFONOFFllONOFFH lllllONOFFONOFFE TuPuuE TE TE TuPuuE TE T信道空閑和繁忙的概率信道空閑和繁忙的概率51/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 周期性單信道聯(lián)合頻譜感知機(jī)制周期性單信道聯(lián)合頻譜感知機(jī)制p認(rèn)知無(wú)線電認(rèn)知無(wú)線電“先聽(tīng)后傳先聽(tīng)后傳”避免干擾避免干擾p周期檢測(cè)及時(shí)捕獲授權(quán)用戶信號(hào)周期檢測(cè)及時(shí)捕獲授權(quán)用戶信號(hào)周期感知周期感知周期傳輸周期傳輸信道搜索信道搜索信道切換信道切換 52/64通通 信信 技技 術(shù)

47、術(shù) 研研 究究 所所 聯(lián)合頻譜感知機(jī)制的優(yōu)化聯(lián)合頻譜感知機(jī)制的優(yōu)化優(yōu)化參數(shù)：感知周期、感知時(shí)間、搜索時(shí)間以及參與合作感知的用戶數(shù)優(yōu)化參數(shù)：感知周期、感知時(shí)間、搜索時(shí)間以及參與合作感知的用戶數(shù) 感知周期的優(yōu)化感知周期的優(yōu)化傳輸中產(chǎn)生的頻譜浪費(fèi)傳輸中產(chǎn)生的頻譜浪費(fèi)傳輸中對(duì)授權(quán)用戶產(chǎn)生的干擾傳輸中對(duì)授權(quán)用戶產(chǎn)生的干擾感知中產(chǎn)生的頻譜浪費(fèi)感知中產(chǎn)生的頻譜浪費(fèi)los,1int,1maxlos111(1)(1)Llld lBIf lIlLlld lBf lIBllLONlllONOFFTQ TQ TLTQTQTLTuTLuu 53/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所優(yōu)化函數(shù)（感知代價(jià)）優(yōu)化函數(shù)（

48、感知代價(jià)）1loslos2intmax()mins.t.pTTppTTTQTTTloslosintRRRTTTURTTIRT頻譜利用率和對(duì)授權(quán)用戶的干擾時(shí)間比頻譜利用率和對(duì)授權(quán)用戶的干擾時(shí)間比 聯(lián)合頻譜感知機(jī)制的優(yōu)化聯(lián)合頻譜感知機(jī)制的優(yōu)化本地感知時(shí)間和合作用戶數(shù)的聯(lián)合優(yōu)化本地感知時(shí)間和合作用戶數(shù)的聯(lián)合優(yōu)化,maxmax(,)s.t.1,mlmTkf lld llmR TkQQTTkN kZ,21(1)max(,)1( )()s.t.( )( )1,mpmmlmlTkpllmlTTkU TkQTkTQTu kkkN kZdpmrTTTT( +1)rTk定理定理5-1證明目標(biāo)函數(shù)存在極大值證明目標(biāo)

49、函數(shù)存在極大值54/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 聯(lián)合頻譜感知機(jī)制的優(yōu)化聯(lián)合頻譜感知機(jī)制的優(yōu)化搜索時(shí)間優(yōu)化搜索時(shí)間優(yōu)化*,maxmins.t.1,msfTkI lf lld llmTTPQQTTkN kZ *01*,21max(1)min1( )(1)( )s.t.( )1,mmTkmllHllH llmlTkQTkPPQTTkkN kZ單信道感知時(shí)間單信道感知時(shí)間(1)smTTk信道空閑的概率信道空閑的概率 01,(1)(1)I lf lHld lH lPQPQP55/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 聯(lián)合頻譜感知機(jī)制的優(yōu)化聯(lián)合頻譜感知機(jī)制的優(yōu)化123456789

50、100.40.450.50.550.60.65Tp (s)QT最 小 值121時(shí)感知代價(jià)隨感知周期的變化時(shí)感知代價(jià)隨感知周期的變化 56/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 聯(lián)合頻譜感知機(jī)制的優(yōu)化聯(lián)合頻譜感知機(jī)制的優(yōu)化00.050.10.150.20.250.30.350.40.10.20.30.40.50.60.70.8QfUR 優(yōu)化周期Tp=2sTp=5sTp=10s00.050.10.150.20.250.30.350.40.050.10.150.20.250.30.350.40.450.50.55QfIR 優(yōu)化周期Tp=2sTp=5sTp=10s1120.1和和時(shí)頻譜利用率和

51、干擾時(shí)間比隨虛警概率的變化（軍用）時(shí)頻譜利用率和干擾時(shí)間比隨虛警概率的變化（軍用） 57/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 聯(lián)合頻譜感知機(jī)制的優(yōu)化聯(lián)合頻譜感知機(jī)制的優(yōu)化00.050.10.150.20.250.30.350.40.20.250.30.350.40.450.50.550.60.65QfUR 優(yōu)化周期Tp=2sTp=5sTp=10s00.050.10.150.20.250.30.350.400.10.20.30.40.50.60.7QfIR 優(yōu)化周期Tp=2sTp=5sTp=10s10.121和和 頻譜利用率和干擾時(shí)間比隨虛警概率的變化（民用）頻譜利用率和干擾時(shí)間比隨虛

52、警概率的變化（民用）58/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 聯(lián)合頻譜感知機(jī)制的優(yōu)化聯(lián)合頻譜感知機(jī)制的優(yōu)化00.20.40.60.8102468101.522.53k (個(gè))Tm (s)R (kbps)吞吐量隨本地感知時(shí)間和合作用戶數(shù)的變化吞吐量隨本地感知時(shí)間和合作用戶數(shù)的變化 59/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所00.10.20.30.40.50.60.70.80.911.822.22.42.62.83Tm (s)R (kbps) k=1k=5k=101234567891022.12.22.32.42.52.62.72.82.93k (個(gè))R (kbps) Tm=0.

53、1sTm=0.45sTm=1s吞吐量隨本地感知時(shí)間的變化吞吐量隨本地感知時(shí)間的變化 吞吐量隨合作用戶數(shù)變化吞吐量隨合作用戶數(shù)變化 聯(lián)合頻譜感知機(jī)制的優(yōu)化聯(lián)合頻譜感知機(jī)制的優(yōu)化60/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 聯(lián)合頻譜感知機(jī)制的優(yōu)化聯(lián)合頻譜感知機(jī)制的優(yōu)化聯(lián)合優(yōu)化算法和其它優(yōu)化算法的比較聯(lián)合優(yōu)化算法和其它優(yōu)化算法的比較 -10-9-8-7-6-5-4-3-2-103.23.43.63.844.24.44.64.855.2SNR (dB)R (kbps) 聯(lián)合優(yōu)化Tm=0.2s,文獻(xiàn)144優(yōu)化kTm=1s,文獻(xiàn)144優(yōu)化kk=5,文獻(xiàn)143優(yōu)化Tmk=10,文獻(xiàn)143優(yōu)化Tm143

54、 Stotas S, Nallanathan A. Overcoming the Sensing-throughput Tradeoff in Cognitive Radio NetworksC. 2010 IEEE International Conference on Commu- nications, ICC. Cape Town, IEEE Inc, 2010: 1-5. 144 林威林威, 吳捷吳捷, 張欽宇等張欽宇等. 基于認(rèn)知無(wú)線基于認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)合作檢測(cè)的數(shù)據(jù)融合研究電系統(tǒng)合作檢測(cè)的數(shù)據(jù)融合研究J. 通信學(xué)通信學(xué)報(bào)報(bào). 2009, 30(10): 135-140.61/64通通

55、 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 聯(lián)合頻譜感知機(jī)制的優(yōu)化聯(lián)合頻譜感知機(jī)制的優(yōu)化00.050.10.150.202468100.511.522.53k (個(gè))Tm (s)Tf (s)搜索時(shí)間隨本地感知時(shí)間和合作用戶數(shù)的變化搜索時(shí)間隨本地感知時(shí)間和合作用戶數(shù)的變化 62/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所0.020.040.060.080.10.120.140.160.180.200.511.522.533.54Tm (s)Tf (s) k=1k=3k=101234567891000.511.522.533.54k (個(gè))Tf (s) Tm=0.02sTm=0.08sTm=0.2s搜

56、索時(shí)間隨本地感知時(shí)間的變化搜索時(shí)間隨本地感知時(shí)間的變化 搜索時(shí)間隨合作用戶數(shù)變化搜索時(shí)間隨合作用戶數(shù)變化 聯(lián)合頻譜感知機(jī)制的優(yōu)化聯(lián)合頻譜感知機(jī)制的優(yōu)化63/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所聯(lián)合優(yōu)化算法和其它優(yōu)化算法的比較聯(lián)合優(yōu)化算法和其它優(yōu)化算法的比較 聯(lián)合頻譜感知機(jī)制的優(yōu)化聯(lián)合頻譜感知機(jī)制的優(yōu)化-5-4-3-2-10123450123456SNR (dB)Tf (s) 聯(lián)合優(yōu)化Tm=0.08s 文獻(xiàn)144優(yōu)化kTm=0.2s, 文獻(xiàn)144優(yōu)化kk=3, 文獻(xiàn)143優(yōu)化Tmk=10, 文獻(xiàn)143優(yōu)化Tm64/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 周期性寬帶多時(shí)隙聯(lián)合頻譜感知

57、機(jī)制周期性寬帶多時(shí)隙聯(lián)合頻譜感知機(jī)制寬帶認(rèn)知無(wú)線電需要同時(shí)對(duì)所有的授權(quán)用戶子信道進(jìn)行感知，可以利用寬帶認(rèn)知無(wú)線電需要同時(shí)對(duì)所有的授權(quán)用戶子信道進(jìn)行感知，可以利用 所有的空閑子信道進(jìn)行通信，同時(shí)節(jié)省了信道搜索時(shí)間。所有的空閑子信道進(jìn)行通信，同時(shí)節(jié)省了信道搜索時(shí)間。各子信道總的吞吐量各子信道總的吞吐量 0,0,1(1)1lLplHf llpTkRC PQT11,.,1max( ,., )s.t.1,1,2,.,LLkf lld llLllpRkQQkkTkN kZlL 優(yōu)化函數(shù)優(yōu)化函數(shù) 65/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 周期性寬帶多時(shí)隙聯(lián)合頻譜感知機(jī)制周期性寬帶多時(shí)隙聯(lián)合頻譜感知機(jī)制L個(gè)子信道的感知時(shí)隙分配算法個(gè)子信道的感知時(shí)隙分配算法(貪婪算法貪婪算法) 聯(lián)合譜感知機(jī)制的聯(lián)合優(yōu)化算法聯(lián)合譜感知機(jī)制的聯(lián)合優(yōu)化算法 1mk1( , )(1)Lllg m kk mk66/64通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 研研 究究 所所 周期性寬帶多時(shí)隙聯(lián)合頻譜感知機(jī)制周期性寬帶多時(shí)隙聯(lián)合頻譜感知機(jī)制020406080100024681002