基于最优小波的认知无线电频谱池系统研究

As a Cognitive Radio underlay spectrum sharing model, the Spectrum Pooling system based on OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) has major defect in practical application because the interference problem caused by the side lobe of the OFDM signal can’t be solved. For solving this problem and constructing a lower complexity Spectrum Pooling system, this project will research: (1) Design the Spectrum Pooling based on WPM (Wavelet Packet Modulation) to solve the carrier interference problem of traditional Spectrum Pooling system; (2) Comparing and analyzing the performance of Spectrum Pooling based on different wavelets for obtaining the optimal wavelet and realizing the Spectrum Pooling based on the optimal wavelet for optimizing the performance of Spectrum Pooling based on WPM; (3) Research on optimal wavelet Spectrum Pooling based on wavelet packet spectrum sensing to reduce complexity of Spectrum Pooling system based on WPM.

认知无线电Underlay频谱共享模式中，由于正交频分复用（OFDM）信号子载波旁瓣产生的干扰问题无法解决，导致在实际应用中基于OFDM的频谱池系统存在重大缺陷。为了解决这一问题，并且构建复杂度更低的频谱池系统，本项目将研究（1）基于小波包调制（WPM）的频谱池设计，解决传统频谱池系统的载波干扰问题；（2）对比分析基于不同小波的频谱池性能，获得实现频谱池的最优小波，实现基于最优小波的频谱池，优化基于WPM的频谱池性能；（3）研究基于小波包频谱感知的最优小波频谱池，降低基于WPM的频谱池系统的复杂度。

认知无线电Underlay频谱共享模式中，由于正交频分复用（OFDM）信号子载波旁瓣产生的干扰问题无法解决，导致在实际应用中基于OFDM的频谱池系统存在重大缺陷。为了解决这一问题，并且构建复杂度更低的频谱池系统，本项目主要研究内容包括：（1）基于小波包调制（WPM）的频谱池设计，解决传统频谱池系统的载波干扰问题；（2）对比分析基于不同小波的频谱池性能，获得实现频谱池的最优小波，实现基于最优小波的频谱池，优化基于WPM的频谱池性能；（3）研究基于小波包频谱感知的最优小波频谱池，降低基于WPM的频谱池系统的复杂度。本项目已按期完成所有计划的研究工作，研究结果包括：（1）实现认知用户的WPM载波与多种授权用户载波在相同频率范围内共存。（2）构建基于WPM的认知无线电系统模型。（3）完成对基于WPM的频谱池中子载波间干扰（ICI）能量的分析。（4）提出最优失效子载波保护频带算法，仿真表明在多种频谱池场景中，最优失效子载波保护频带算法既能根据认知用户传输数据率的需求灵活地减少授权用户的ICI能量，又能够根据授权用户通信质量需求选择小波包基。（5）提出基于遗传算法的频谱池系统载波间干扰优化算法，仿真表明在保证满足认知用户数据传输率目标的条件下，该算法可以减少频谱池中授权用户的ICI，并且能够改善授权用户的误码率性能。（6）对比分析不同小波基的性质，获得符合系统特性（时域或频域）、具有正交性、可完美重构的小波基。（7）提出基于最优小波滤波器的认知无线电频谱池性能优化算法，仿真表明该算法在不损失认知用户任何带宽的情况下，可以有效地抑制系统ICI，优化系统误码率性能。（8）设计了基于小波包频谱感知的最优小波频谱池模型并进行了模型评估。