基于随机矩阵理论的频谱感知技术研究

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1、硕士学位论文基于随机矩阵理论的频谱感知技术研究RESEARCHONTHETECHNOLOGYOFSPECTRUMSENSINGBASEDONRANDOMMATRIXTHEORY韩新胜哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TN919.5学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文基于随机矩阵理论的频谱感知技术研究硕士研究生：韩新胜导师：高玉龙副教授申请学位：工程硕士学科：电子与通信工程所在单位：电子与信息工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN919.5U.D

2、.C:621.3DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringRESEARCHONTHETECHNOLOGYOFSPECTRUMSENSINGBASEDONRANDOMMATRIXTHEORYCandidate：HANXinshengSupervisor：A.P.GAOYulongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectronicsandCommunicationsEngineeringAffiliation：Schoolo

3、fElectronicsandInformationEngineeringDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要随着认知无线电的蓬勃发展，频谱感知技术得到了人们的广泛关注。它通过不断地检测信道环境来判断是否存在可用的空闲频谱，是认知无线电系统得以实现的前提和基础。作为处理大维数据的有效方法，随机矩阵理论近年来发展迅速，逐渐成为无线通信领域的重要工具之一。基于随机矩阵理论的频谱感知算法相对于传统

4、频谱感知算法有独特优势，具有广阔的实际应用前景。随机矩阵理论的研究成果层出不穷，本文正是研究如何利用随机矩阵理论的新成果构建性能优异的频谱感知算法。首先，论文介绍了课题的研究背景，概述了基于随机矩阵理论的频谱感知技术研究现状，然后对随机矩阵的基础理论进行了研究，并重点分析了基于随机矩阵理论的最大最小特征值频谱感知算法的原理和改进过程，总结了随机矩阵理论应用于频谱感知中的一般方法和步骤。其次，就单环定律在频谱感知中的应用进行了研究，提出了基于单环定律的频谱感知算法。单环定律是随机矩阵理论的新成果，通过研究发现，当主用户信号不存在时接收信号矩阵的特征

5、值在复平面上大致分布在一个圆环内，而主用户信号存在时单环定律不再满足，可以通过两种情况下特征值分布的差别来判断主用户信号是否存在。为了更好地体现这种差别，本文选取“平均特征值半径”作为算法的检验统计量，并通过推导给出了判决门限。仿真结果表明，该算法不受噪声不确定度的影响，并且在认知节点信号之间的相关性较低时也具有较好的检测概率。最后，对基于特征值和特征向量的频谱感知技术展开了深入研究，提出了基于最大最小特征值和主特征向量的双特征频谱感知算法。信号协方差矩阵的特征值和特征向量都体现了信号的特征，但是现有的检测算法仅仅利用特征值或特征向量的性质，并没

6、有将两者联合起来进行频谱感知。本文提出的双特征频谱感知算法综合考虑了两者的特性，并借助于随机矩阵理论推导了虚警概率和门限值之间的关系表达式。理论研究和仿真结果表明，该算法相对于现有的仅利用特征值和仅利用特征向量的算法在性能上具有一定优势。关键词：频谱感知；随机矩阵理论；单环定律；特征值；特征向量-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractAscognitiveradiodevelops,thetechnologyofspectrumsensinghasgainedwidelyattention.Asthebasisofcognitiver

7、adiosystem,itdetectsfrequentlytodeterminewhetherthereisavailableidlespectrum.Randommatrixtheoryisaneffectivewaytodealwithlargedimensionaldata.Itdevelopsrapidlyinrecentyears,andhasgraduallybecomeoneoftheimportanttoolsinthefieldofwirelesscommunication.Randommatrixtheoryhasbeenw

8、idelyusedinspectrumsensing,duetoitsuniqueadvantagescomparedwiththetr