节能与安全的认知无线电系统合作频谱感知技术研究

【摘要】：由于认知无线电技术可以有效解决越来越紧张的频谱利用问题,近年来成为了一个研究热点,而作为认知无线电的首要环节,频谱感知技术得到了广泛的研究,尤其是合作频谱感知。合作频谱感知可以有效解决由“隐藏终端”与信号衰落引起的问题,大大提高检测准确率。但是,合作频谱感知给认知无线电系统带来了额外的通信开销,会使增加感知用户的能量开销与网络的传输资源。同时,合作频谱感知的合作机制使其更容易遭受攻击,引发新的安全问题。因此,论文从降低通信开销与提高安全性两个角度,研究认知无线电系统中的合作频谱感知方法。 针对低通信开销的合作频谱感知方法,现有方法大多在以不可实现的假设条件下提出的,本文在研究频谱感知结果的一般特性基础上,提出了一种控制合作频谱感知通信开销的方法。通过有选择地控制发送感知结果,降低频谱感知过程中所需的通信开销。仿真结果表明,该方法使系统在检测概率与通信开销间达到很好的折中,使通信开销明显降低,而对系统检测能力的影响几乎可忽略不计。 针对合作频谱感知中的安全问题,论文研究了如何缓减主用户仿真攻击对合作频谱感知结果的影响。通过选择空间位置相距较远的用户参与合作频谱感知,有效地降低不同用户同时被攻击的概率,从而减小主用户仿真攻击产生的影响。另外,由于用户选择的过程较为简单,可以避免原有用户选择算法的大计算量问题。仿真结果表明,该方法可有效降低主用户仿真攻击对系统的影响。 【关键词】：认知无线电 合作频谱感知 低通信开销 PUE攻击 空间距离 安全 用户选择
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TN925
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 研究背景与现状11-21
• 1.2.1 CR概述11-13
• 1.2.2 CR技术的国内外研究情况13-15
• 1.2.3 合作频谱感知研究背景15-17
• 1.2.4 合作频谱感知研究现状17-18
• 1.2.5 合作频谱感知中的节能问题18-19
• 1.2.5.1 节能的合作频谱感知技术背景18
• 1.2.5.2 节能的合作频谱感知技术研究现状18-19
• 1.2.6 合作频谱感知中的安全问题19-21
• 1.2.6.1 安全的合作频谱感知技术背景19-20
• 1.2.6.2 安全的合作频谱感知技术研究现状20-21
• 1.3 主要研究内容与研究成果21-22
• 1.3.1 主要研究内容21
• 1.3.2 主要研究成果21-22
• 1.4 论文结构安排22-24
• 第二章 合作频谱感知技术24-46
• 2.1 引言24-25
• 2.2 单用户频谱感知方法概述25-30
• 2.2.1 主用户发射机信号检测25-28
• 2.2.1.1 匹配滤波器检测26
• 2.2.1.2 循环平稳特征检测26-27
• 2.2.1.3 协方差盲检测27
• 2.2.1.4 能量检测27-28
• 2.2.2 主用户接收机信号检测28-30
• 2.2.2.1 本振泄露检测28-29
• 2.2.2.2 干扰温度检测29-30
• 2.3 合作频谱感知技术30-35
• 2.3.1 硬判决融合方法32
• 2.3.2 软判决融合方法32-35
• 2.3.2.1 似然比融合与序贯检测融合33
• 2.3.2.2 线性加权融合33-34
• 2.3.2.3 特征值序贯检测融合34-35
• 2.4 降低合作频谱感知中通信开销的方法35-41
• 2.4.1 硬判决融合代替软判决融合36-37
• 2.4.2 阻止不可靠的感知结果的发送37-39
• 2.4.3 减少冗余感知结果的发送39-41
• 2.4.4 低通信开销合作频谱感知方法小结41
• 2.5 减小合作频谱感知中PUE攻击所产生的影响的方法41-44
• 2.5.1 感知结果获得时的PUE攻击防御方法41-43
• 2.5.2 感知结果融合时的PUE攻击防御方法43-44
• 2.5.3 可抵御PUE攻击的合作频谱感知方法小结44
• 2.6 本章小结44-46
• 第三章 合作频谱感知技术中降低通信开销的方法研究46-60
• 3.1 系统模型46-48
• 3.1.1 CR用户的频谱检测方法47
• 3.1.2 FC的数据融合方法47-48
• 3.2 通信开销可控的合作频谱感知方法48-54
• 3.2.1 感知结果的获得48-49
• 3.2.2 感知结果的发送49-50
• 3.2.3 数据融合过程50-51
• 3.2.4 λ的取值方法51-54
• 3.3 仿真结果以及性能分析54-59
• 3.3.1 不同方法之间的比较54-56
• 3.3.2 λ对系统的影响56-59
• 3.4 本章小结59-60
• 第四章 合作频谱感知技术中安全的用户选择方法的研究60-80
• 4.1 PUE攻击60-64
• 4.2 已有的抵御PUE攻击的CR用户选择算法64-66
• 4.3 基于空间距离的CR用户选择算法66-68
• 4.3.1 感知结果的获得66
• 4.3.2 CR用户的选择66-68
• 4.3.3 感知结果的融合68
• 4.4 仿真结果与性能分析68-79
• 4.4.1 仿真系统的搭建69-70
• 4.4.2 无PUE攻击70-71
• 4.4.3 有PUE攻击71-75
• 4.4.3.1 攻击者攻击程度较轻时72-74
• 4.4.3.2 攻击程度较重时74-75
• 4.4.4 参与合作频谱感知的用户数75-78
• 4.4.5 攻击者的攻击代价78-79
• 4.5 本章小结79-80
• 第五章 总结与展望80-82
• 5.1 研究工作总结80
• 5.2 研究工作展望80-82
• 参考文献82-87
• 攻读硕士期间主要研究成果87

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