中国科学技术信息研究所--国家工程技术数字图书馆

[学位论文] 李斌北京邮电大学 2013年博士导师: 周正共312页

摘要 : 以高速宽带、低功耗、低成本及个性化应用为特点的短距离无线通信，已成为未来泛在无线网络的重要组成部分，因而受到人们的普遍关注。本文选题来源于国家自然科学基金及国家科技重大专项等项目，具有重要的理论意义及广阔的应用前景。本文针对... 展开以高速宽带、低功耗、低成本及个性化应用为特点的短距离无线通信，已成为未来泛在无线网络的重要组成部分，因而受到人们的普遍关注。本文选题来源于国家自然科学基金及国家科技重大专项等项目，具有重要的理论意义及广阔的应用前景。本文针对未来短距离无线通信系统信号检测与接收技术进行深入研究，重点分析了密集多径传输下的信号检测与接收机制。主要完成了以下具有创新性的研究成果: 1.针对密集多径分簇信道下的参数提取、理论建模及模型评估问题，i）提出了一类基于突变点检测与仿生聚类机制的自动分簇识别方案，两种新算法均可显著提升密集多径信道下分簇识别与参数提取的准确度;ii）提出了一种基于Fresh反射理论的新簇内多径功率时延剖面(PDP)模型，能更为合理地匹配密集多径测量数据，并可揭示其中的大尺度级频率选择性衰落特性;iii）提出了一种基于分簇PDP包络加权的低复杂度非相干检测方案，能有效提升检测性能，也可验证密集多径分簇提取算法与新PDP模型的准确性。 2.针对密集多径信道下低复杂度短距离无线传输场景，提出了一种统一的非相干信号检测新框架，其中包括: i）一种基于协方差矩阵及特征谱量化特征模式分类的仿生信号处理机制;ii）四种不同应用需求下的密集多径信号非相干检测方案，即基于模糊C-均值聚类的非相干盲检测方案、基于改进蚁群聚类分析的非相干盲检测方案、基于Parzen窗估计概率神经网络的在线式非相干检测方案、以及基于新数值优化算法的离线式非相干检测方案;iii）一种基于文化基因与量子计算的量子文化进化数值算法，可实现高性能模式分类与信号检测。 3.针对密集多径传输与射频功放器件非线性失真问题，提出了一种非线性动态状态空间模型及一种基于贝叶斯统计推理框架的联合信道估计与盲信号检测方案，可直接在接收端对非线性失真与多径串扰后的接收星座图进行行盲校准。针对蒙特卡罗序贯重要性采样理论难以直接处理非线性盲均衡的难题，提出了一种通用非线性估计粒子滤波算法，并设计了一种能同时应对线性串扰与非线性失真的序贯联合盲估计方案，可有效避免传统的复杂预失真机制。 4.针对新一代高速短距离无线局域网/个域网中波束赋形机制复杂度过高的难题，提出了两种基于无约束数值优化的新波束赋形训练算法，包括: i）一种基于Rosenbrock数值算法与新型预搜索机制的高维空间波束寻优方案，能克服Rosenbrock算法易陷入局部解的固有局限，通过逐步迭代细化方式缩小目标搜索区域，可获得100％搜索成功率，并显著降低搜索复杂度、协议包头与设备功耗;ii）一种融合了概率扰动与新型两级参数调控、并适宜于离散空间寻优的全局性数值搜索算法，能以100％概率收敛至最优解，在非视距密集多径传输下搜索到最优波束。 5.针对时间选择性衰落信道，提出了一类基于新颖动态状态空间模型的联合信道估计与盲信号检测机制，包括: i）一种基于贝叶斯统计推理框架的时变慢衰落信道下分布式认知频谱检测算法，通过迭代估计方案可联合估计出授权用户状态与时变信道增益，在无需多节点协作检测的情况下，能显著提升时变衰落信道下的分布式频谱检测性能;ii）一种基于序贯检测原理的时变密集多径信号盲检测算法，通过高效迭代机制可联合估计出时变密集多径响应与未知数据序列，能在时变性密集多径衰落下获得良好的盲检测性能。最后，对全文研究内容进行了总结，并对下一代短距离无线接入与互联中的信号检测与接收技术发展方向及今后工作进行了展望。收起

关键词 : 短距离无线通信密集多径传输非线性失真时变衰落信号检测波束赋形

2. 认知无线网络路由及传输关键技术的研究

[学位论文] 郑长亮北京邮电大学 2013年博士导师: 周正共141页

摘要 : 认知无线电的动态频谱接入能够大幅度提高频谱的使用效率，因而受到人们的普遍关注，认知无线网络的路由及传输是其中的重要关键技术。本文选题来源于国家自然科学基金等项目，具有重要的理论意义和广阔的应用前景。本文在深入研究认知无线网络... 展开认知无线电的动态频谱接入能够大幅度提高频谱的使用效率，因而受到人们的普遍关注，认知无线网络的路由及传输是其中的重要关键技术。本文选题来源于国家自然科学基金等项目，具有重要的理论意义和广阔的应用前景。本文在深入研究认知无线网络路由算法及传输方案基本原理的基础上，主要完成了以下具有创新性的研究成果: 针对动态频谱接入快速变化的环境，本文提出了一种多信道频谱意识(spectrum aware)机会路由算法，即不依赖于任何事先确定的路由，仅由接收数据的候选转发节点动态决定数据转发;主要利用多信道的优势，有效降低链路时延及端到端的时延;并利用无线信道的广播特性，通过侦听加速数据包的传输;此外，还采用网络编码控制数据包重复问题以增加网络吞吐量。仿真结果表明，该算法有效降低了网络的端到端时延，显著提高了最大支撑网络负载，并能补偿信道可用概率降低导致的性能损失。针对信道衰落单跳认知无线网络环境，本文提出了一种基于随机线性编码的多信道batch（分批，一组数据包）传输方案，即基于编码的一种数据重传替代传输方案，但它比基于多信道自动请求重传(ARQ)的传输方案效率更高;这是因为，基于编码的方案能够模糊数据包信息，使得各个编码数据包的信息没有差别，从而能够减少多个可用信道上的数据包重复问题;此外，其所需要的ACK确认消息较少，可使其对反馈信道的依赖性更低。基于机会路由策略和网络编码，本文还提出了一种两跳认知无线网络的多信道batch传输方案，即同时利用数据包转发和数据包侦听进行传输，并在多个动态可用信道上广播不同的数据包;使用一个简化的两阶段传输模型，本文推导了此两跳batch传输方案的batch时延。分析和仿真结果表明，本文的传输方案能够显著减少batch传输时延，并有助于更好地理解和设计认知无线网络中的机会路由。针对频谱变化较慢的单收发机认知无线网络，本文提出了一种基于最大流片段(maximum flow-segment)的信道分配和路由算法;给出了最大流片段的定义及其构建过程，提出了一种信道分配方法，即通过选择能够连接路由路径上最多数目节点的可用信道，最小化信道切换次数，并通过使用一个简化的信道分发算法，进一步整合到按需路由算法之中。仿真结果表明，本文方案可显著降低端到端时延，而且在网络负载较重的条件下具有较高、稳定的网络吞吐量。本文最后对所做工作进行了总结，并对认知无线网络路由设计的后续工作进行了展望。收起

关键词 : 认知无线电认知无线网络动态频谱接入路由算法机会路由数据传输

3. 无线传感器网络中节能关键技术的研究

[学位论文] 秦智超北京邮电大学 2013年博士导师: 周正共139页

摘要 : 无线传感器网络作为物联网的核心，具有广阔的应用前景。如何降低节点能量的消耗，以延长无线传感器网络的寿命是其中一项重要的关键技术，因而受到人们的广泛关注，本文选题具有重要的理论意义和现实意义。本文在对无线传感器网络节能的关键技术进行... 展开无线传感器网络作为物联网的核心，具有广阔的应用前景。如何降低节点能量的消耗，以延长无线传感器网络的寿命是其中一项重要的关键技术，因而受到人们的广泛关注，本文选题具有重要的理论意义和现实意义。本文在对无线传感器网络节能的关键技术进行深入研究的基础上，主要完成了以下具有创新性的研究成果： ⑴针对多跳无线传感器网络中靠近基站的节点能耗问题，提出了一种基于粒子群优化的环状簇路由协议。即通过粒子群优化算法使覆盖区域形成大小不等的簇，距离基站越远的簇其规模越大，靠近基站的簇可以有更多的能量用于簇首间的转发，从而改善了不同区域的节点能量消耗不均衡的现象。仿真结果表明，该协议有效地延长了网络寿命。此外本文还根据簇首数目对网络寿命的影响，导出了在特定场景下最优簇首数目的表达式，并通过仿真对其有效性进行了验证。 ⑵针对无线传感器网络中的数据冗余问题，提出了一种应用于分簇网络的分布式信源编码算法。即利用簇内各成员节点均需要将数据发送给簇首进行处理的特点，根据Slepian-Wolf编码理论，使各节点按照一定的顺序发送数据，并利用与其他节点的相关性进行压缩，簇首则依次进行译码;该算法在实现上采用了模值编码和一种改进的低复杂度译码方法。仿真结果表明，该算法有效地减少了数据的传输量，从而降低了能耗。 ⑶针对无线传感器网络中进行长距离通信时采用多跳方式带来的缺点，提出了一种能量有效的波束成形机制。首先分析了参与节点的数目、各节点发射信号到达目标位置处的相位及它们的发射系数对网络能耗的影响，总结出相应的设计准则。然后利用此准则结合各节点的剩余能量来选择具体的协作节点以及决定每个节点的发射系数。仿真结果表明与现有的波束成形机制相比，增加了数据传输成功的概率，节点间的能耗更加均衡，从而减少了由于数据传输失败带来的能量消耗。 ⑷针对在多信道传感器网络中进行长距离通信时，信道衰落对节点能耗的影响，提出了一种基于频率分集思想的协作OFDM传输机制。即利用OFDM技术抗多径衰落、资源分配灵活以及频谱效率高等优点，各协作节点通过不同的信道传输同一信息，以达到频率分集的效果。在选择协作节点时充分考虑节点的剩余能量和功率限制条件，利用广义选择合并方式在满足系统性能的基础上实现总能耗的最小化，以克服传统的最大比值合并中部分衰落较大的信道对分集增益贡献很小但能量代价较大的缺点。仿真结果表明，本机制可以有效地延长网络寿命。最后对全文进行了总结，并对无线传感器网络未来的发展方向进行了展望。收起

关键词 : 无线通信网传感器网络层次路由网络架构

4. 多用户MIMO系统干扰对齐关键技术研究

[学位论文] 章扬北京邮电大学 2014年博士导师: 周正共138页

摘要 : 作为一种新型干扰管理技术，干扰对齐能够有效提高无线通信网络的容量，受到了人们的广泛关注。本文选题来源于国家自然科学基金等项目，具有重要的理论意义和广阔的应用前景。本文在对多用户MIMO系统干扰对齐技术的基本原理进行深入研究的基础... 展开作为一种新型干扰管理技术，干扰对齐能够有效提高无线通信网络的容量，受到了人们的广泛关注。本文选题来源于国家自然科学基金等项目，具有重要的理论意义和广阔的应用前景。本文在对多用户MIMO系统干扰对齐技术的基本原理进行深入研究的基础上，主要完成了以下具有创新性的研究成果。针对经典MIMO干扰信道中分布式干扰对齐算法中的缺陷，将多个干扰链路抽象为一个博弈群体，并以此提出一种基于严格势博弈的干扰对齐算法。通过构造有界势函数，证明了该博弈为有界严格势博弈，能经有限次迭代收敛至ε纳什均衡点，并分析了代价因子对算法性能的影响。相比于经典的Min-INL和Max-SINR算法，新算法可显著提升复杂MIMO干扰信道的容量。针对经典蜂窝网络中下行链路干扰对齐算法的局限性，从提升蜂窝小区总容量出发，提出了一种蜂窝网络下行链路单反馈干扰对齐算法。构建了蜂窝网络下行链路干扰对齐数学模型;用户端以最大化用户SINR为目标构造接收滤波矩阵;而基站端则以最大化小区总容量为目标构造预编码矩阵，并设计了梯度投影算法求解该优化问题。相比于经典迫零干扰对齐和联合优化算法，本文算法可有效提高蜂窝网络下行链路的容量。针对干扰对齐中的信道状态信息有限反馈问题，首先提出了一种基于加速全面学习粒子群优化的码本设计方案，通过动态调整粒子的运动速度，提高了算法学习能力与收敛速度，有效降低了码本设计的复杂度;随后提出了一种新的分层码本，旨在进一步减少码本的存储空间，通过对基码本执行缩放和旋转操作获得了所有子码本，通过结构化设计减少了所需的存储空间，并以输入矢量的旋转替代子码本的旋转，降低了计算复杂度;在此基础上，提出了一种基于格拉斯曼码本的分布式干扰对齐算法，从格拉斯曼码本中选择最优码字作为预编码矩阵和接收滤波矩阵，使干扰泄漏最小化，相对于理想反馈机制，新方案能以较少的反馈开销获得近似最优的系统容量。针对信道所呈现出的非均匀衰落特性，提出了一种基于混合整数双层规划的部分干扰对齐机制，为降低实现复杂度，将其分解为两个子问题进行求解，该机制能以少量的天线配置达到较优的性能;基于非均匀路径损耗的K用户干扰信道模型，提出了一种新的动态信道状态反馈算法，对量化误差造成的系统容量损失上限进行了量化分析，在此基础上，通过动态分配链路的反馈信息量降低干扰泄漏，并减少干扰对齐的性能损失。相比于平均分配机制，动态分配机制能有效降低有限反馈对系统性能的影响。最后对全文进行了总结，并对多用户MIMO系统干扰对齐下一步的研究方向进行了展望。收起

关键词 : 无线通信多输入多输出系统干扰对齐技术有限反馈

5. Al-Si合金的非平衡凝固机理研究

[学位论文] 冯毅重庆大学 2008年硕士导师: 周正共134页

摘要 : 关于合金非平衡凝固机理的研究是凝固学研究领域的重要组成部分。大量研究表明，铸造合金的熔体结构对其非平衡凝固过程及组织都具有显著影响，而熔体结构又与过热状态有关。所以研究铸造合金熔体的过热状态对其非平衡凝固机理的影响具有重要理论意义... 展开关于合金非平衡凝固机理的研究是凝固学研究领域的重要组成部分。大量研究表明，铸造合金的熔体结构对其非平衡凝固过程及组织都具有显著影响，而熔体结构又与过热状态有关。所以研究铸造合金熔体的过热状态对其非平衡凝固机理的影响具有重要理论意义。Al-Si系铸造合金在铝基铸造合金系列中占有非常重要的地位，本论文以共晶Al-Si合金为主要研究对象，结合亚共晶及过共晶Al-Si合金，在总结前人研究结果的基础上结合DSC及金相法分析了Al-Si合金的熔体结构随过热状态变化的规律。研究了不同过热状态及凝固速率条件下Al-Si合金在非平衡凝固过程中熔体结构的变化规律，讨论了过热状态及凝固速率对Al-Si合金非平衡凝固组织及共晶共生区的影响。目前由于在实际生产过程中很少采用改变熔体过热状态的方法来达到改善合金凝固组织的目的，所以本论文研究对Al-Si系铸造合金的实际生产也具有一定的实践意义。 DSC实验结果表明：共晶及过共晶Al-Si合金内初生硅的析出效应都随过热度的升高而逐渐增强。过热度对Al-Si合金内各相初始凝固温度的影响很小，而凝固焓变值随过热度的升高经历了由大变小再变大的过程。保温时间对Al-Si合金内各相初始凝固温度的影响也很小，而凝固焓变值随保温时间的延长经历了由小变大再变小的过程。凝固速率对Al-Si合金各初生相初始凝固温度的影响较为显著，而对共晶组织初始凝固温度的影响很小，凝固焓变值则随凝固速率的提高经历了先减小再增大的过程。随着凝固速率的提高，合金的凝固逐渐由平衡过程向非平衡过程转变，从而导致凝固机理方面的变化。凝固组织形态研究表明：Al-7%Si合金随着过热度的升高，α(Al)枝晶形态逐渐规则化，共晶组织也逐渐呈完全离散状分布。Al-12%Si合金在过热度较低时凝固组织中出现了初生硅与α(Al)枝晶，在过热度较高时这两种组织逐渐消失。凝固组织中还出现了初生硅与α(Al)枝晶共存的晕圈现象。Al-20%Si合金凝固组织中的初生硅随着过热度的升高经历了由小尺寸多边形状转变为大尺寸五瓣星状再回归为小尺寸多边形状的变化。过热保温对非平衡凝固组织的影响程度较弱且规律性不强。理论及实验分析结果表明：随着过热度的提高，Al-Si合金熔体逐渐均匀化。Al-Si合金熔体结构参数在近共晶点成分处会发生反常突变，反映了熔体结构由亚共晶向过共晶转变的过程。Al-Si合金在液相线以上存在铝、硅原子集团的结构转变温度区间。合金的熔体结构会影响其非平衡凝固过程及凝固组织。亚共晶及共晶Al-Si合金熔体的结构特征与纯铝类似，在低过热度范围内会发生基体铝“收缩”的现象。硅原子集团对过共晶Al-Si合金熔体结构的影响要大于其对亚共晶及共晶Al-Si合金熔体结构的影响。理论分析表明：过热度对熔体内原子间距影响较弱，但对原子配位数的影响较为显著。铝熔体在低过热度范围内发生“收缩”的根本原因在于熔体在过热初期会自发收缩以抵消体系由于体积膨胀而导致能量的增加效应，与熔体内氢含量的变化无关。Al-Si合金熔体内原子团簇的种类及数量因成分而异。成分与熔体内原子间距及最近邻原子配位数之间均呈复杂的非线性关系。随着成分的逐渐增大，在熔体结构转变区内成分与熔体内原子间距及最近邻原子配位数之间呈近似无规律的状态，而在熔体结构转变区以外则呈现出一定的函数关系。理论分析表明：过热度会对合金共晶共生区产生影响，提高过热度将使合金共晶共生区左右边界扩大，反之则缩小。随着凝固速率的变化，Al-Si合金的非平衡凝固组织会出现显著差异。共晶及过共晶Al-Si合金中易出现α(Al)依附于初生硅析出的晕圈组织。Al-Si合金共晶凝固机理将随凝固速率及过热度的变化而改变。共晶合金在结构上比较特殊，其中包含了合金的结构由亚共晶向过共晶过渡的关键信息。收起

关键词 : Al-Si合金非平衡凝固机理熔体结构硅原子集团晕圈组织

6. 认知无线电频谱检测及资源分配的研究

[学位论文] 姚海鹏北京邮电大学 2011年博士导师: 周正共133页

摘要 : 认知无线电的频谱检测与无线资源分配是促进其普及应用的重要关键技术，已成为当前研究的热点。本文选题来源于国家863计划等项目，具有重要的理论意义及广阔的应用前景。本文在深入分析研究认知无线电基本原理及其关键技术的基础上，主要完成了... 展开认知无线电的频谱检测与无线资源分配是促进其普及应用的重要关键技术，已成为当前研究的热点。本文选题来源于国家863计划等项目，具有重要的理论意义及广阔的应用前景。本文在深入分析研究认知无线电基本原理及其关键技术的基础上，主要完成了以下具有创新性的研究成果：针对衰落信道下认知网络频谱检测问题，本文在次要用户服从均匀分布假设下详细分析了认知网络平均检测性能，并在推导得到认知网络平均检测概率、虚警概率、主要用户平均累积干扰、主要用户平均中断概率的基础上，分别提出了一种基于认知网络最小平均误检概率及虚警概率的频谱检测优化算法和一种在主要用户平均中断概率受限条件下，基于认知网络最大平均吞吐量的频谱检测优化算法。通过优化频谱检测时间，有效提高了认知网络频谱检测性能。针对次要用户有限感知能力条件下的宽带频谱检测问题，本文提出了一种基于次要用户恒定传输速率的有限感知能力模型；并在此基础上提出了一种检测信道选择策略及检测时间联合优化算法，同时构造出一种“半解析”的方法得到了联合优化算法最优解。针对认知无线电功率分配问题，本文提出了一种基于地理位置信息的认知网络Overlay及Underlay混合接入模型，并且针对次要用户误检概率等于零及不等于零的情况，分别提出了一种基于最优效用函数的功率分配算法和一种基于最优可达吞吐量的功率分配算法。针对功率分配算法最优解可能不存在的情况，本文还提出了一种基于次要用户QoS敏感度的接入控制算法，通过禁止QoS敏感度高的次要用户接入认知网络，使得功率分配问题的解达到最优。针对认知无线网络拓扑动态变化的频谱分配问题，本文提出了一种基于博弈论的分布式频谱分配算法；同时提出了一种分布式迭代频谱分配算法，该算法可以根据主要用户历史策略和收益作出频谱分配，快速收敛到纳什均衡，并能适应认知网络拓扑的快速变化。论文最后对全文进行了总结，并对认知无线电技术的发展方向及今后的工作进行了展望。收起

关键词 : 认知无线电频谱检测功率分配动态频谱分配动态拓扑最优化算法

7. 基于压缩感知的认知无线电频谱感知算法研究

[学位论文] 孙璇北京邮电大学 2012年博士导师: 周正共130页

摘要 : 压缩感知(Compressive Sensing，CS)作为现代信号处理的最新进展，在认知无线电等领域中的应用潜力巨大，本文选题来源于国家自然科学基金等项目，具有重要的理论意义及广阔的应用前景。本文对压缩感知技术的基本原理及其在认知无线电关键技术频... 展开压缩感知(Compressive Sensing，CS)作为现代信号处理的最新进展，在认知无线电等领域中的应用潜力巨大，本文选题来源于国家自然科学基金等项目，具有重要的理论意义及广阔的应用前景。本文对压缩感知技术的基本原理及其在认知无线电关键技术频谱感知中的应用进行了深入研究，主要完成了以下具有创新性的研究成果：针对频谱感知在时变信道中检测概率恶化的情况，本文提出了一种自适应静默期管理机制，即根据上一感知周期的感知结果和数据通信获知的ACK反馈等信息，自适应调整本感知周期的感知参数以适应信道参数变化，并通过马尔科夫分析方法，对提出的自适应静默期管理机制的检测概率和平均采样数进行了理论分析。仿真结果表明，在时变信道的环境下，本文机制的平均检测概率要优于传统固定时长的静默期管理机制。针对多信道频谱感知中，认知用户条件不足以检测整个信道状态的问题，本文提出了一种应用于宽带认知无线网络的协作式宽带频谱感知稀疏模型，和一种基于LDPC码的协作式频谱感知策略。当认知终端需要检测的子信道个数远超过其检测能力时，即可采用该稀疏模型，每个认知终端采用压缩感知的方式对极少的信道进行随机测量，在融合中心将认知终端的随机测量结果合并为一个完整的压缩感知方程从而对信道状态序列进行重构。仿真结果表明，在不同的子信道占用个数情况下，适当调整LDPC测量矩阵的参数，都可以通过较少的子信道测量个数达到较优的系统检测概率。为降低宽带频谱感知的采样率，提出了一种基于分布式压缩感知算法的频谱感知机制。通过利用授权用户信号的稀疏性，在超帧的每个子帧内进行采用分布式压缩感知的采样；在超帧结束时，采用DCS－SOMP算法对每个静默期的采样数据进行联合重构，再通过对重构数据的合并对信道状态作出合理判决。仿真结果表明，与传统压缩感知算法相比，本文算法可用更少的随机测量数达到预期的系统检测概率。针对循环平稳特征检测算法复杂度高、耗费时间长的缺点，提出了一种基于压缩感知的循环自相关特征检测算法(CS－FeatureDetection)。通过利用授权用户循环自相关谱的稀疏特征对其进行压缩感知；并采用归一化循环自相关统计量作为检验量进行判决，避免了对授权用户先验信息的需求，再用正交匹配追踪(OrthogonalMatching Pursuit，OMP)重构算法，即可以较高概率重构信号循环自相关谱。仿真结果表明，在显著缩短检测时间的情况下，依然可获得较高检测概率。论文最后对全文进行了总结，并对压缩感知技术与认知无线电系统结合的发展方向及今后的工作进行了展望。收起

关键词 : 压缩感知认知无线电频谱感知稀疏模型测量矩阵

8. 压缩感知在超宽带信道估计中的应用研究

[学位论文] 石磊北京邮电大学 2011年博士导师: 周正共129页

摘要 : 压缩感知在脉冲体制超宽带信道估计中的应用潜力很大，本文选题来源于国家自然科学基金等项目，具有重要的理论意义及广阔的应用前景。本文对压缩感知技术的基本原理及其在脉冲体制超宽带通信系统的信道估计中的应用进行了深入研究，主要完成了... 展开压缩感知在脉冲体制超宽带信道估计中的应用潜力很大，本文选题来源于国家自然科学基金等项目，具有重要的理论意义及广阔的应用前景。本文对压缩感知技术的基本原理及其在脉冲体制超宽带通信系统的信道估计中的应用进行了深入研究，主要完成了以下具有创新性的研究成果：针对经典的信道估计算法要求高采样速率的问题，本文提出了一种基于贝叶斯压缩感知技术的信道估计算法。通过基于随机托普利兹矩阵建立压缩感知的观测过程，在接收机对下采样的方式得到的信号进行贝叶斯重构。这一算法不仅有效降低了超宽带系统的高采样速率要求，同时重构算法有效利用发送信号的先验概率信息提高了重构性能。仿真结果表明，本文提出的算法有效降低了系统采样所需要的点数，同时采样的精度相比其他重构算法性能有所提升，复杂度有所降低。针对超宽带时变信道估计的计算复杂度高的问题，本文提出了一种结合传统卡尔曼滤波估计和压缩感知的时变信道估计算法。将脉冲超宽带通信中的多径信道分量作为稀疏字典原子，通过压缩感知技术对低采样速率下的观测数据进行重构，同时对稀疏字典中的原子变化进行检测，在信道状态变化满足一阶自回归模型的情况下，通过卡尔曼滤波算法对稀疏信号的最小均方误差进行求解。仿真结果表明，本文提出的算法有效降低了时变状态信道估计的计算复杂度，而且在信道稳定时的采样点数也会相应降低，同时采样的精度相比其他重构算法性能有所提升。针对认知超宽带网络中授权用户频段离散稀疏分布的特点，以及信道低频谱利用率的现状，本文提出了一种基于压缩感知原理的协作稀疏信道状态感知机制。首先将认知超宽带网络中的可用频段划分成子信道序列，由于在时域、频域和空域上的主用户数目相对超宽带系统的可用频段而言相对稀疏，因此认知用户可以通过随机的感知模式得到相当于压缩感知中的观测数据，由融合中心对各个观测数据进行重构。本文定义认知用户采用随机稀疏观测的方式，降低了认知超宽带用户的观测复杂度，同时融合中心将稀疏信道状态通过图模型理论进行建模，通过消息传递算法，迭代计算出最终的频谱利用状态向量。针对认知超宽带网络中次用户与主用户共享部分频段的特点，在上述稀疏信道模型的基础上，根据压缩感知重构得到的信道状态信息，本文提出了一种次用户对主用户的干扰功率之和最小的信道分配机制。利用认知无线电网络中主用户频谱占用的稀疏性，通过图模型理论对信道分配进行建模，采用最小和(Min-Sum)算法，通过迭代得出对主用户干扰功率最小的优化方案。仿真结果表明本文提出的算法可以将信道分配问题转化为物理距离和频域距离的优化问题，同时在不考虑算法中“环路”的情况下，可以快速计算出对主用户干扰之和最小的信道分配方案。论文最后对全文进行了总结，并对压缩感知技术与超宽带系统结合的发展方向及今后的工作进行了展望。收起

关键词 : 脉冲超宽带压缩感知贝叶斯推理卡尔曼滤波图模型

9. 认知无线电中频谱感知与频谱适用性分析的研究

[学位论文] 周义明北京邮电大学 2014年博士导师: 周正共127页

摘要 : 频谱感知与空闲频谱适用性分析是认知无线电的关键技术，已成为当前关注的热点领域。本文选题来源于国家863计划等项目资助，具有重要的理论意义和广阔的应用前景。本文在对认知无线电中频谱感知技术、感知信道性能估计、数据融合策略、空闲频谱... 展开频谱感知与空闲频谱适用性分析是认知无线电的关键技术，已成为当前关注的热点领域。本文选题来源于国家863计划等项目资助，具有重要的理论意义和广阔的应用前景。本文在对认知无线电中频谱感知技术、感知信道性能估计、数据融合策略、空闲频谱特征和频谱适用性等内容进行深入研究的基础上，取得以下具有创新性的研究成果: 针对现有频谱感知技术需要了解环境参数和授权用户先验信息的问题，本文提出了一种基于能量-自相关噪声相消的频谱感知算法。通过构造感知信号的能量和自相关两个统计量并比较其数字特征值和分布函数，推导出频谱感知的虚警概率和检测概率函数;根据奈曼-皮尔逊准则，在虚警概率设定的条件下，计算出检测概率的显式表达式。仿真结果表明该算法的性能主要对感知用户的信道增益较为敏感，且检测性能还可通过对感知用户参数的设置进行动态调整，并验证了算法的实现不依赖于环境参数和授权用户等先验信息。针对本地频谱感知无法克服阴影衰落和隐藏终端的问题，本文提出了一种基于互相关矩阵(Cross-Correlation Matrix，CCM)估计的协作频谱感知模型和算法;构建了不同感知用户采样信号的互相关特性矩阵，通过分析和比较其对角元素和非对角元素的不同特性，估算出感知用户信道增益比和信噪比等信道特性参数，将信噪比估计值代入能量-自相关噪声相消算法的检测概率表达式，可克服能量-自相关噪声相消算法对信道增益较为敏感的不足。仿真结果表明CCM要优于其它几类估计算法，而且算法的实现也不需要授权用户的任何先验信息，具有较强的实用性。针对传统协作频谱感知进行数据融合时没有考虑感知用户选择性的问题，本文提出了一种基于信道增益比对参与协作感知用户进行选择的数据融合机制，并构造了两种选择性数据融合策略: (1)全部感知用户依据自身信道增益进行加权的数据融合策略; (2)剔除信道增益小的感知用户，保留信道增益大的感知用户参与数据融合。仿真结果表明这两种选择性融合策略的总体性能要优于“与”准则和“或”准则，且策略(2)的性能要显著优于策略(1)的性能。针对如何评价协作频谱感知网络所得到的一系列空闲频谱特征及其适用的业务类型，本文探索性地提出了一种分析空闲频谱适用性的机制，以满足不同业务类型对服务质量的要求。列举了评价空闲频谱特征的三类共七个指标: (1)频谱基本参数:中心频率、带宽; (2)授权频段占用特征:频谱可用性、业务时长; (3)信道特征:多普勒扩展、信道容量和损耗，并构建了空闲频谱性能索引表。结合认知用户的业务类型，将认知用户的需求值与空闲频谱性能索引表所提供的指标值进行比较，得到了判断空闲频谱是否满足认知用户需求的矩阵以及可用空闲频谱的数量，依据矩阵和数量建立了频谱适用性的搜索策略。仿真结果表明在冲撞率和频谱利用率方面，基于频谱适用性的搜索策略要优于随机分配策略。最后，论文对研究内容进行了总结，给出了频谱感知和频谱适用性的系统模型，并对认知无线电未来的研究方向和展望进行了讨论。收起

关键词 : 认知无线电频谱感知信道性能数据融合服务质量