第1章 绪论
1.1 课题背景及意义
频谱资源是一种非常珍贵的自然资源，它不是取之不尽、用之不竭的。作为业内一直以来关注的焦点，近年来的;需求和供应的缺口;更是让频谱资源不断拉响警报。目前，解决频谱资源危机的方法主要有两种：一种是开发和利用新的频段，另一种是提高现有频段的利用率。第一种方法很难实行，因为不同频段的无线电波具有各自不同的传输特性：低频段传播特性优良，传输距离远，但要求设备尤其是天线尺寸较大；高频段的主要传播方式为视距传输，相对低频段有更大的路径损耗，但天线等设备尺寸较小。因此，各种无线业务都拥有自己的黄金频段。统计表明，目前3GHz以下的频谱资源已经被各国的无线资源管理部门分配将尽。
1.2 认知无线电的定义及原理
认知无线电技术具有以下两方面的能力，调整自身的工作参数，如工作频率、调制方式、发射功率等。FCC的观点更容易让工业界人士接受，认为其更能兼顾认知网络以及硬件设备的融合性。 2005年，加拿大皇家学会成员Haykin教授在文献[8]中如下定义认知无线电： CR经过理解并建模来学习周围的环境，并动态调整其内部状态以适应周围环境的变化，包括调整某些操作参数，如发射功率、载波频率和调制方法。系统的两个主要目标是：随时随地高度可靠的通信和有效的频谱利用。他认为认知过程始于被动的频谱感知而终于做出的响应，整体的认知任务构成了一个完整的认知循环。
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第2章 认知无线电中频谱感知技术
2.1 频谱感知概述
无线通信的频带资源没有得到充分利用，最早于上世纪 20 年代，且与有名的;泰坦尼克号;事件有关。认知无线电(CR)这项技术的提出，为提高频谱利用率开辟了一条非常有希望的路径，其出发点在于从频域、以及空域的多维空间，我们称之为频谱空穴。见图 2-1。次要用户在认知无线电中的优先级较低，授权用户随时随地的出现都会迫使次要用户退出当前信道或切换到其他频段，以不影响主用户的正常通信。因此，次要用户需要不断感知周围无线电环境的变化，发现频谱空穴并避开主用户，这就需要高效、可靠的频谱感知[13][14]。
2.2 单节点感知
检测概率表征了认知用户在主用户存在，而虚警概率表征了当主用户不存在时，认知用户却误以为主用户存在的机率，大的虚警概率将使认知用户不能及时接入闲置的授权频带，造成频谱资源浪费。显然，我们希望检测概率最大，而虚警概率最小。故在频谱感知的检测方法上常采用奈曼一皮尔逊准则，即在定的虚警概率条件下，选择合适的检测算法或融合准则，使检测概率达到最大，或者漏检概率达到最小。 信号在实际环境中的传播会受到加性噪声、乘性噪声等的影响，为了简化分析，本文主要考虑加性高斯白噪声的情况，实际上，目前大多数文献也都是基于此类噪声进行分析[18] 。
第3章 噪声功率不确定下的能量检测及其改进算法 ....................... 21
3.1 噪声功率不确定性对能量检测算法的影响 .................................................... 21
3.1.1噪声功率不确定性对单节点能量检测的影响 ...................................... 21
3.1.2噪声功率的不确定性对协作能量检测硬合并的影响 .......................... 24
第4章 基于随机矩阵理论的频谱感知算法 ....................................................... 32
4.1平均能量与协方差最小特征值比值的感知算法(APME) .............................. 32
4.1.1系统模型 ................................. 32
第5章 认知无线电中安全的协作频谱感知 ............................................. 46
5.1认知无线电中安全问题简述 ............................................................ 46
5.2;安全威胁下的协作频谱感知性能分析 ................................................ 48
第5章 认知无线电中安全的协作频谱感知
5.1 认知无线电中安全问题简述
如图5-1所示，在一个由5个次用户组成的认知网络中，分别存在一个;永远有和一个永远相反的恶意用户。当频谱处于空闲状态时，中间三个正常用户向融合中心发送真实的感知结果，而两个恶意用户则发送.那么融合中心在收到的5个本地结果中，有两个是错误的，这就大大增加了融合中心做出错误判决的风险。从攻击的效果来看，PUE攻击与SSDF攻击有些类似，即PUE攻击也是通过影响;自己能力范围内的次要用户向融合中心发送错误的感知数据来最大化自己的利益。这两类恶意用户所发送的单一的感知结果，可能与真实的感知结果相反也可能相同，而;永远相反;却一直发送相反的感知结果，所以,永远相反类型的恶意用户能够给融合中心带来更大更坏的影响。基于此，本文只讨论永远相反这一类型的恶意用户。
5.2 安全威胁下的协作频谱感知性能分析
在性能分析的仿真中，我们将本地的虚警概率设为0.1，检测概率设为0.9，是为了保证本地的检测结果具有比较高的可信度，同时也使恶意用户的数据篡改能够对融合中心起到一定的攻击作用；否则，如果连本地的检测结果都不可信，那正常的合法用户与恶意用户之间就没有什么区别了，这也是所有基于信誉值的算法的一个前提。由图5-2 图5-3和图5-4可以看到，随着恶意用户比例的提高，准则下融合中心的虚警概率上升明显，检测概率一直保持在1这个量值；准则下，虚警概率上升，检测概率则呈现下降趋势；在性能分析的仿真中，我们将本地的虚警概率Pf,i设为0.1，检测概率设为0.9，是为了保证本地的检测结果具有比较高的可信度，同时也使恶意用户的数据篡改能够对融合中心起到一定的攻击作用；否则，如果连本地的检测结果都不可信，那正常的合法用户与恶意用户之间就没有什么区别了，这也是所有基于信誉值的算法的一个前提。由图&; 5-2、图 5-3和图 5-4可以看到，随着恶意用户比例的提高，准则下融合中心的虚警概率上升明显，检测概率一直保持在1这个量值；准则下，虚警概率上升，检测概率则呈现下降趋势.
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结论
目前静态的频谱分配政策限制了频谱资源的充分利用，认知无线电在不干扰主用户的前提下，通过对频谱空穴的二次利用，能够提高频谱利用率。频谱感知是认知无线电得以实现的前提，也是本文的主要研究对象，总结全文 工作如下 1.本文首先介绍了认知无线电的基本原理和国内外研究现状，总结了频谱感知领域内典型的的感知方案，比较了各自的优缺点和使用范围。其中，单节点感知易于实现，而协作感知拥有更高的准确性。总结了频谱感知的难点和挑 战。 2. 能量检测应用广泛，但性能会因为噪声功率不确定性的存在而严重下降。本文分析了噪声功率不确定性对能量检测的具体影响，讨论了基于发送不确定区域检测统计量的双门限改进算法，能够在一定程度上解决噪声不确定性的带来的问题。
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参考文献（略）