认知无线电非参数化频谱感知技术的研究

Cognitive Radio (CR), which addresses the contradiction between traditional static spectrum allocation mechanism and growth in dependence on radio spectrum resource by using dynamic access and sharing unoccupied licensed spectrum bands, is seen as the key technology of the next generation of wireless communication. Spectrum sensing, by using smart sensing to detect unoccupied spectrum bands so as to avoid interfering the authorized users, is the key technology of CR. Spectrum sensing methods of high applicability and robustness have an important research value. On the basis of the preliminary work, we thus propose to study and expand innovative research on three key issues on theory and applications of spectrum sensing to achive the following objectives: 1. Investigate the nonparametric sensing methods under nonGaussian and non-white noise and establish a theory of nonparametric spectrum sensing under complex noise and channel conditions. 2. Study on modeling of random arriving and departing of the authorized users and build a theory of nonparametric spectrum sensing based on the model. 3. Study on the wideband nonparametric spectrum sensing both theoretically and pratically, establish a joint approach of radio frequency and baseband for nonparametric spectrum sensing as the basis of future research and application.

认知无线电技术通过实现频谱资源的动态接入与共享，能够解决现有的静态频谱分配机制与频谱实际需求之间的矛盾，被视为下一代无线通信的核心技术。而频谱感知技术，即认知无线电用户通过智能感知来检测无线电空频带，从而达到避免干扰授权用户的目的，是实现认知无线电的关键技术。适应性强、鲁棒性高的频谱感知技术具有极大的研究价值。本项目在前期工作的基础上，围绕认知无线电的频谱感知技术的理论研究以及实际应用中的关键性问题展开创新性研究，实现下列研究目标：1.完成基于非高斯非白噪声下的非参数化频谱感知技术的研究，建立适用于复杂噪声、复杂信道条件下非参数化频谱感知技术的理论。2.完成对授权用户随机到达及离开的建模的研究，建立授权用户随机到达及离开时非参数频化谱感知技术的理论。3. 完成宽频带非参数化频谱感知技术的理论以及实验研究，建立宽带条件下基带与射频的非参数化联合感知方案，为将来的理论研究和实际应用奠定基础。

在针对非参数化认知无线电频谱感知方法的研究过程当中，本项目组针对目前的频谱感知研究情况，提出了以下新的非参数化感知方法及其它相关的一些理论和应用：.1. 基于Huber混合模型的非参数化能量频谱感知方法，该方法先假设真实噪声方差在一定范围内进行波动，然后在传统能量检测器前端加入一个限幅器，从而提高能量检测器输入的稳定性。仿真结果表明该方法能够抵抗一定程度的噪声不确定。.2. 基于循环平稳的非参数化分段式多循环频谱感知方法，该方法将接收到的信号样本数量按照循环周期进行分段，然后在每个分段上分别进行循环自相关的估计，然后再将这些估计量组成一个T2统计量，最后利用F判决得到最终结论。该方法能在不显著降低性能的情况下大幅减低算法复杂度。.3. 在Alpha稳定噪声下，基于自相关的非参数化频谱感知方法，该方法是针对冲击噪声的情况，利用信号自相关特性而构建的，相比现有的自相关类感知方法，该方法可以有效地工作在Alpha稳定噪声下。.4. 基于循环平稳的接近最优非参数化多用户合作频谱感知方法，该方法是首先计算单个用户的判决统计量，然后在融合中心为每个判决量分配一个系数，然后根据最优化理论，得到在给定虚警概率条件下，最大化检测概率的最优系数值，最后再通过估计的方式用已知量去估计该最优系数值。该方法可以工作未知噪声功率、未知信道参数等条件下，因此是非参数化的；同时又由于该方法是用估计的方式去估计最优系数值，因此也是接近最优的。.5. 研究了包括一种具有稳定环路带宽的频率合成器和一种应用于零中频接收机系统的跨导-电容（Gm-C）低通滤波器，从而为认知无线电宽带条件下频谱感知的射频前端可重配置的实现打下应用基础。.