基于壓縮感知的寬帶頻譜檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

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4、需求不斷增加，導(dǎo)致可用的頻譜資源變得非常有限。認(rèn)知無線電技術(shù)是解決頻譜資源匱乏問題的有效方案之一，其主要思想是在保證主用戶正常通信的前提下將空閑頻段讓出，使得次用戶可以臨時(shí)性地共享此頻譜資源。認(rèn)知無線電系統(tǒng)要求次用戶能對(duì)頻譜空穴作出快速準(zhǔn)確的判斷，它是認(rèn)知無線電系統(tǒng)進(jìn)行通信的前提條件。判斷頻譜空穴是對(duì)信號(hào)先進(jìn)行采集然后再分析的過程，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器件對(duì)寬頻信號(hào)的處理能力仍然有限，傳統(tǒng)方法無法直接對(duì)寬帶頻譜空穴作出快速判斷。壓縮感知技術(shù)是一種數(shù)據(jù)采集與壓縮同時(shí)進(jìn)行的信號(hào)處理新技術(shù)，基于壓縮感知技術(shù)的頻譜檢測(cè)能突破奈奎斯特采樣速率的瓶頸對(duì)寬頻信號(hào)進(jìn)行快速處理，是近年來認(rèn)知無線電技術(shù)中正在不斷深入

5、研究的課題。本論文在寬帶壓縮頻譜感知技術(shù)已有的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入研究，所做的主要工作以及創(chuàng)新點(diǎn)內(nèi)容如下：(1)基于認(rèn)知用戶分簇的協(xié)作壓縮頻譜感知。壓縮感知實(shí)現(xiàn)了信號(hào)從模擬到信息的直接采集過程，壓縮頻譜感知是在頻譜檢測(cè)過程中采用了壓縮感知技術(shù)。在多認(rèn)知用戶檢測(cè)系統(tǒng)中，用戶之間的參與協(xié)作能提高頻譜檢測(cè)概率，但距離融合中心較遠(yuǎn)的用戶通常衰落較嚴(yán)重，這些用戶的數(shù)據(jù)反而會(huì)使得總體感知性能惡化。本文將全部協(xié)作用戶進(jìn)行分簇處理，結(jié)合分布式壓縮感知技術(shù)，構(gòu)建了分簇協(xié)作頻譜檢測(cè)的系統(tǒng)模型，并在此基礎(chǔ)上提出了一種基于分簇的聯(lián)合匹配追蹤算法。本系統(tǒng)中的各個(gè)簇頭收集該簇內(nèi)所有用戶的壓縮測(cè)量值，簇頭將信息重構(gòu)后計(jì)算出

6、的信號(hào)能量值并送往融合中心，融合中心根據(jù)各簇信噪比對(duì)信號(hào)能量值進(jìn)行加權(quán)處理。本創(chuàng)新點(diǎn)解決了邊遠(yuǎn)用戶所帶來的負(fù)面影響問題，提高了多用戶壓縮數(shù)據(jù)的重構(gòu)概率。本文提出的分簇協(xié)作壓縮頻譜感知方法能對(duì)所有待測(cè)子頻帶進(jìn)行判決，能快速準(zhǔn)確地給出頻譜空穴的判定結(jié)果。(2)基于無線傳感網(wǎng)的空頻聯(lián)合壓縮感知技術(shù)。本文采用了無線傳感網(wǎng)對(duì)寬帶信號(hào)進(jìn)行頻譜檢測(cè)，由于無線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)之間具有空間相關(guān)性，通過設(shè)計(jì)空間小波基可以使頻譜數(shù)據(jù)在其上面表現(xiàn)出稀疏性。本文設(shè)計(jì)了與無線傳感網(wǎng)頻譜檢測(cè)相適應(yīng)的投影矩陣，研究了多個(gè)傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)在不同頻段感知時(shí)的分工與協(xié)作，利用小波提升技術(shù)提取了節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性。通過設(shè)計(jì)合理有效的

7、小波基，降低單節(jié)點(diǎn)的計(jì)算復(fù)雜度并利用節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)相關(guān)性，提出了頻譜數(shù)據(jù)在空間小波基上的稀疏表示方法。本文建立了數(shù)據(jù)在頻域和空域二維同時(shí)壓縮感知的模型，并提出了空頻壓縮感知聯(lián)合重構(gòu)算法，解決了一維壓縮下重構(gòu)效果欠佳的問題。仿真結(jié)果表明，在總壓縮比相同的情況下，本文算法的重構(gòu)概率高于一維壓縮下的重構(gòu)概率，并能夠?qū)︻l譜空穴做出準(zhǔn)確的判斷。I南京郵電大學(xué)博士研究生學(xué)位論文摘要(3)基于投影矩陣與自適應(yīng)過程聯(lián)合優(yōu)化的壓縮頻譜感知