认知无线电最快速频谱感知机制及其关键技术研究

Owing to its simplicity in practice, conventional periodical Listen-before-Talk (LBT) spectrum sensing mechanism has been long and widely employed for cognitive radios. However, the rigid and inflexible sensing framework of LBT intrinsically results in large mutual interference between the primary users (PU) and the secondary users (SU), and hampers the SU from utilizing the white spectrum opportunities with high efficiency. This research project aims to tackle these problems by designing an entirely new sensing mechanism that is operating in consecutive spectrum sensing manner. The ultimate objective is to achieve quick detection of the PU signal status variations and generate agile responses correspondingly. Through joint design of the consecutive sensing mechanism and the relevant supporting sensing algorithms, we expect to fulfill the task of quickest spectrum sensin and verify its validity and feasibility under given desired sensing performance.

本项目以认知无线电频谱感知为背景，针对当前广泛采用的间断式频谱感知机制在减小认知无线电用户与授权用户之间互干扰程度、以及提高空闲频谱利用率两方面性能的不足，提出一种完全不同的全新频谱感知机制，即非间断式的连续频谱感知机制，预期实现认知无线电对所监测的授权频段状态变化的快速识别和响应。本项目拟通过频谱检测算法理论和连续检测工作机制两个方面的协同研究和设计，在连续频谱感知的基本框架方案下辅助以相应的支撑算法来协助其具体实施及优化，以综合的性能评估指标来衡量连续感知技术方案的有效性、快捷性和复杂度等性能，实现给定技术性能指标下最快速的频谱感知方法。

本项目主要针对当前广泛采用的间断式频谱感知机制在减小认知无线电用户与授权用户之间互干扰程度、以及提高空闲频谱利用率两方面的不足，提出全新的非间断式连续频谱感知机制，预期实现认知无线电对授权频段状态变化的快速识别和响应。具体地，拟通过频谱检测算法理论和连续频谱感知机制两个方面的协同研究和设计，在连续频谱感知的框架方案下实现给定技术性能指标下的最快速频谱感知，进一步减轻认知环境下的互干扰并提高频谱利用率。具体地，本项目在以下三个方面展开研究并取得了相应的研究成果：..(1) 在非中断式频谱感知方面，我们提出了在移动通信的环境中，感知用户需要具备下行感知链路、上行感知数据汇报链路、上下行通信链路的系统及网络模型，研究了在非中断式感知机制下的干扰类型以及相关的干扰消除方法。依托这一思想，并进行深化扩展，我们成功地获得了2014年重庆市第四批高等学校优秀人才支持计划项目（省部级人才项目）的资助，并正在更深入地开展相关研究。 ..(2) 在合作感知方面，我们主要提出了基于合作用户选择的频谱感知方案。传统的频谱感知方案不注重区分认知网络内部各个合作用户的感知能力差异，而将其全部纳入到频谱感知的全局判决变量的生成过程中。我们提出的用户选择方案主要是关注并利用这种差异，把认知网络内部的各个合作用户进行筛选，在筛选出来的合作用户的基础上生成最终的全局判决变量。这其中利用的算法有迭代用户选择、基于源信号数目估计的算法等，比传统的全部用户参与合作感知的方案有更好的性能。..(3) 在宽带感知方面，我们主要提出了基于频谱子信道数目估计的盲宽带感知算法，力求解决宽带感知复杂性高和性能欠缺的问题。目前，我们已经完成了多种基于信号集合势和授权用户信号连续性特性的宽带频谱感知算法的研究。理论分析和实验结果都证明，我们提出的方案比传统的宽带感知方案有更好的感知性能，且由于方案的盲感知特性，特别适合宽带感知的实际实现及应用。