MIMO认识无线电信号多维参量估计算法研究

第1章绪论

1.1研究背景及意义

    随着无线通信技术的不断发展，高数据传输速率已成为现代移动通信设备的必然要求，然而频谱资源的静态分配制度显然无法满足多媒体数据通信设备的需求。 1999年，Joseph Mitola在软件无线电的基础上提出了认知无线电这一概念。认知无线电是一种智能的系统，它能够在一定的带宽内有效的感知周围的频谱环境，检测是否存在 授权用户，并目_在不对授权用户产生干扰的前提下利用该频段，因此，认知无线电可以看作是对授权频段的再利用，成为利用频谱资源的有效途径。
    频谱感知是认知无线电中的核心技术，通过感知环节提取环境中的状态信息，认知用户可以有效的利用频谱空洞。作为认知无线电技术的关键环节，频谱感知技术通过对频谱空洞进行实时监测，估计频谱空洞特性，根据谱的特性选择可用的颁段即感知颁谱的仲用状
    近年来，随着认知无线电技术的迅猛发展，频谱感知口益受到认知无线电领域专家和学者们的关注，并取得了一系列可观的成果，但是频谱感知算法仍然面临着诸多挑战。

1.2频谱检测算法面临的挑战

    传统的频谱感知通常利用检测整个频谱的能量来进行判决，然而当将其与认知无线电技术结合时，感知内涵应该更加丰富，包括对授权用户信号的类型如调制方式、波形、带宽、载波频率、波达方向等信息的感知。
    感知的空间也得到拓展包括时域、空域、频域、码域、地理位置信息多维感知。感知的方式有本地感知、协同感知、主动感知等。感知内容的丰富无疑增加了对信号 分析处理的要求。随着信号检测和谱分析技术越来越成熟，频谱检测算法可以借鉴现有的信号检测理论和分析处理方法。
    现有的频谱感知技术有匹配滤波器检测、波形检测!习、小波检测、炳检测最大特征值检测、能量检测、循环平稳检测、本振泄露检测、干扰温度检测、宽带感知、 信道感知、地理位置信息感知!刃，协作感知分为集中感知、分布感知包括基十中继的协同感知!9}、基十分簌的协同感知等。
    虽然频谱感知技术正向多样化、丰富化发展，但是频谱感知技术的研究仍面临如下难题:
    (1)隐藏主用户问题
    (2)传统的频谱感知算法难以处理扩频、跳频的信号
    (3)感知持续时间过长引起的干扰问题
    (4)频谱感知的硬件平台搭建问题
    (5)频谱感知算法面临的安全问题
    (6)多维谱空间的扩展问题

1.2.1隐藏主用户问题
    由十感知系统所处的通信环境比较复杂，主用户和认知用户通常处十复杂噪声背景下，存在的噪声有高斯噪声、有色噪声、乘性噪声，由此引起的多径衰落、多址干扰、快衰落、角度衰落等，这些因素直接或者间接的引起隐藏主用户
1.2.2检测扩频信号
    由十常用的能量检测算法不适合十扩频信号，直接序列信号以及跳频信号，大多数商业设备使用的扩频技术是DS(直接序列扩频技术)和FS(载波频率跳频技 术)。DS信号借助地址码调节扩展信号的频带，各个频率的能量比较小;FS信号类似DS信号，只是它使用的调制器是变频的，即信道中的信息带宽是变化的。 当主用户采用DS信号, FS信号时，主用户的能量被分散在一个较宽的频带上因此很难被认知用户识别。如果能已知主用户的部分信息如调制方式，地址码信息，那么这类问题可能会有更 好的解决方法。


第2章 频谱检测基本............ 20-32
    2.1 能量检测算法............ 20-23
    2.2 波形检测算法............ 23
    2.3 匹配滤波器检测............ 23-24
    2.4 循环平稳检测............24-26
    2.5 各种检测算法............ 26-28
    2.6 协作感知技术............ 28-30
        2.6.1 集中感知............ 28-29
        2.6.2 分布感知............ 29-30
    2.7 本章小结............ 30-32
第3章 基于多维信号参数估............ 32-48
    3.1 信号参量估计............ 32-33
    3.2 MME 检测算法............ 33-39
        3.2.1 MME 检测原理............ 33-36
        3.2.2 MME 阈值的............ 36-37
        3.2.3 仿真分析............ 37-39
    3.3 主用户的参数............ 39-46
        3.3.1 DOA 估计............ 39-41
        3.3.2 波达方向仿真............ 41-42
        3.3.3 DS/CDMA 信号的 PN............ 42-44
        3.3.4 PN 码估计仿真............ 44-46
    3.4 本章小结............ 46-48
第4章 基于平行因子的 DS/CDMA 信号多............ 48-60
    4.1 复杂环境下多维参数............ 48-50
        4.1.1 张量的定义............ 49
        4.1.2 基于主用户多参数估计的............ 49-50
    4.2 分解多参量张量............ 50-52
    4.3 ALS 算法分析............ 52-53
    4.4 仿真分析............ 53-57
    4.5 本章小结............ 57-60


总结
    随着通信技术的飞速发展，频谱资源越来越紧张，认知无线电作为一种智能的感知技术，通过动态的利用频谱来解决频谱拥挤问题。作为认知无线电技术的核心环 节，频谱感知技术是一个极具挑战的研究方向。本文对认知无线电中的频谱感知技术做了全方面的介绍并对现有的认知无线电的频谱感知算法做了比较分析。在传统频谱感知技术的理论基础上，针对频谱感知的频谱的低利用率问题，结合LVPVIE检测算法、MUSIC算法和ALs算法，扩展了LVIIMO认知无线 电的多维谱空间，本文的主要工作有:
    (1)对能量检测算法、循环平稳检测算法等传统频谱检测算法进行比较分析，分析各种传统算法的局限性及优点。
    (2)在MME检测算法的基础上，结合MUSIC DOA算法和相关矩阵奇异值分解理论估计D S/CDMA信号的DOA信息和PN码信息，由仿真分析，基十LVPVIE算法的多维参数估计算法能在检测主用户的前提下，估计出主用户的波达方向及PN 码信息，为认知用户能更好的进行资源分配作铺垫。