基于不同融合准则的合作频谱感知性能分析

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频谱感知技术是认知无线电的关键技术之一,高准确度的频谱感知可以更好的保护主用户免受干扰,而多用户合作可以大幅度改善频谱感知性能。合作网络采用最优融合准则可以获得最佳的频谱感知性能,因此,本文的研究重点是最优融合准则的选取。论文的内容是研究认知无线电中的频谱感知技术,以平均功率为检测统计量给出AWGN信道中检测概率和虚警概率的解析表达式,由此得出各种衰落信道中平均检测概率的解析表达式,并分析了在不同信道中硬融合的性能,得到了一系列新的结论。主要研究内容及贡献:1.当采样点数较多(50个以上)时,现有文献中广泛采用高斯近似表达式分析能量检测,本文分析了该近似的可行性。论文仿真分析了近似表达式的检测性能,并将其与解析表达式及蒙特卡罗仿真结果对比发现:(1)解析表达式能够较准确的表征频谱感知性能,而高斯近似表达式则高估了频谱感知性能;(2)近似表达式不适用于虚警概率过低的本地检测,虚警概率越低误差越大,(3)近似表达式同样不适于OR准则下的合作检测,合作用户越多误差越大。2.频谱感知文献中OR准则常常作为最优硬融合准则出现,本文深入探索了这一问题,重点分析比较不同信道下三种常用融合准则的合作检测性能优劣,报告信道理想时,得出结论如下:(1)AWGN信道中,Majority准则能够获得最优的频谱感知性能;(2)瑞利信道中,OR准则是小网络的最优融合规则,而大网络中Majority准则可以获得最优的频谱感知性能。(3)Nakagami-m信道及莱斯信道中,当衰落参数较小时,融合方案应选择Majority准则;当衰落参数较大时,OR准则是小网络的最好合作方案,而Majority准则为大网络的最优融合方案;(4)弱阴影效应(σ较小)下,Majority准则的频谱感知性能最好,而强阴影效应(σ较大)下,OR准则的频谱感知性能最优。3.在报告信道非理想时,讨论了错误概率对检测性能的影响,并在感知信道信噪比较高的情景下,重点分析讨论了感知信道及报告信道分别为AWGN信道及瑞利信道四种情况时最优融合准则的选择,得出如下结论:(1)报告信道为AWGN信道时,错误概率较小,对通信影响弱,最优融合准则与理想状态的结论一样:A.感知信道为AWGN信道时,Majority准则的频谱感知性能最优;B.感知信道为瑞利信道时,小网络中OR准则获得最好的频谱感知性能;大网络中Majority准则的频谱感知性能最好。(2)报告信道为瑞利信道时,传输错误概率较大,对合作频谱感知性能的影响较大,AND准则的频谱感知性能一直较差,尤其是基于OR准则的合作检测出现不可达区。A.感知信道为AWGN信道时,Majority准则的频谱感知性能最优;B.感知信道为瑞利信道时,OR准则与Majority准则的频谱感知性能出现交叉,以Qf0表示交点处对应的合作虚警概率,则Qf0≥min(Qf)。当Qf0>0.1时,Majority准则获得最好的频谱感知性能;当Qf0<0.1且Qf>Qf0时,OR准则的频谱感知性能最好;当Qf0<0.1且Qf<Qf0时,Majority准则是最优融合准则。
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