【无线电】认知无线电网络中协作频谱感知研究附Matlab代码

2026/7/18 22:44:25

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🔥 内容介绍

一、研究背景与研究意义

1. 频谱资源供需矛盾

传统无线通信采用固定频谱授权分配，主用户 PU（运营商、广播、专网）独占授权频段；实测表明绝大多数授权频段在时间、空间维度长期闲置，频谱利用率不足 30%，而 5G/6G、海量物联网、车联网设备爆发式增长带来频谱资源严重短缺。

认知无线电 CR（Cognitive Radio）由 Mitola 提出，核心思想：次级用户 SU（认知用户）实时感知授权频段，在不干扰主用户通信前提下，机会式接入空闲频谱（频谱空洞），实现频谱复用、提升频谱利用率；频谱感知是认知无线电闭环的基础与前提，负责判断信道是否存在主用户信号。

2. 单节点本地频谱感知固有缺陷

单 SU 独立感知仅依靠自身接收信号，在复杂无线环境下存在致命短板：

隐藏终端问题
：建筑物、山体遮挡造成阴影衰落，SU 距离 PU 较远时接收信噪比 SNR 极低，极易漏检主用户，造成干扰；
多径衰落
：多径叠加导致接收信号剧烈起伏，检测稳定性差；
噪声不确定性
：环境噪声功率时变，固定检测门限失效；
低 SNR 检测性能断崖下跌
：主流能量检测在 SNR<-10dB 时检测概率大幅降低，无法满足通信规范要求Pd≥0.9、Pf≤0.1。

3. 协作频谱感知 CSS 核心解决思路

协作频谱感知（Cooperative Spectrum Sensing, CSS）利用空间分集增益：多个地理分布独立的次级用户分别完成本地感知，将感知统计量 / 判决结果上报融合中心 FC，融合中心综合多节点信息输出全局频谱判决。不同 SU 信道衰落相互独立，某一节点被遮挡、低信噪比时，其余节点可正常检测，从根源克服隐藏终端、阴影衰落、低 SNR 检测难题，大幅提升检测可靠性。