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最近几十年来,无线通信技术经历了高速的发展,在给人们带来便利的同时,也引起了愈发严重的频谱资源稀缺问题。许多国家和地区采用固定式的频谱分配方式,造成了频谱资源的浪费,加剧了频谱资源的匮乏,为新兴无线通信技术的发展带来了桎梏。 认知无线电技术正是为解决可用无线频谱资源极度匮乏问题应运而生的。认知无线电技术继承了软件无线电技术的思想并将其进一步发展,通过使用软件配置、功能重构等方式,以不影响已授权用户(也即主用户)的通信权利为前提,持续地感知电磁环境,智能地伺机接入使用,从而有效地提升了频谱利用率,缓解了频谱资源紧缺所带来的影响,是一项意义深远的新兴无线通信技术。 本文介绍认知无线电技术的产生背景、发展历程,详述认知无线电中最为重要的频谱感知技术的概念、原理、基本二元假设模型及分类,重点介绍能量检测的概念、感知流程及模型,推导其性能公式,并分别在加性高斯白噪声信道及衰落信道中进行仿真分析。 单个认知用户对于授权用户的感知受多方面条件所限,容易造成误判,存在着“隐藏终端”问题。为解决单用户频谱感知的缺点,本文引入协作频谱感知技术,介绍其结构分类、常见融合判决方式并进行仿真分析。且将广受关注的进化算法引入频谱感知技术之中,分别介绍基于遗传算法、蚁群算法、粒子群算法及混合蛙跳算法的频谱感知方法,详述其感知流程,推导性能公式并进行仿真、比较、分析。 为进一步提升感知性能,本文提出一种新的检测算法,即混沌文化混合蛙跳算法,详述其原理、模型及感知流程,推导性能公式,并通过仿真分析与其他感知算法进行对比,证明其性能的优越性。 传统单门限协作频谱感知容易产生“判决模糊区”,使得某区域内的判决不可靠,从而对整体判决产生影响。为解决此问题,本文引入了双门限机制,即在各认知用户端设置两个判决门限。落在双门限之外的数据,令认知用户进行预判,并将判决结果上传至融合中心;对于落入判决模糊区内即两个门限间的数据,认知用户将其直接上传至融合中心,由融合中心利用本文提出的混沌文化混合蛙跳算法进行判决;最终,融合中心利用OR准则对本地预判结果及混沌文化混合蛙跳算法判决结果进行融合,做出全局判决。通过仿真分析,证明本文所提基于混沌文化混合蛙跳算法的双门限协作频谱感知方法拥有更加优异的性能。