《非高斯噪聲干擾環境下的頻譜感知理論與方法研究》是依託中國科學技術大學，由張文逸擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：非高斯噪聲干擾環境下的頻譜感知理論與方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張文逸
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
頻譜感知是認知無線電系統的基本部分和核心技術，通過統計信號處理手段，在極低信噪比和複雜干擾的情況下，可靠地檢測出待保護的主要信號。本項目試圖通過對信號檢測基本理論的探索，結合對實際系統中非理想特性的合理建模，解決頻譜感知中的若干關鍵問題。本項目所要解決的關鍵問題是，頻譜感知器在噪聲和干擾背景中快速地檢測出極微弱的感知信號，且對複雜信號環境下的不確定模型保持魯棒性。這類問題在實踐中的突出難點是，環境噪聲和干擾往往均有顯著非高斯統計特性，尤其在時域/頻域上表現出衝擊特性。本項目研究試圖從理論上刻畫在若干重要場景下頻譜感知的基本性能極限，在此基礎上設計和分析具有高性能和低複雜度的頻譜感知器架構，並探討魯棒信號處理在頻譜感知器設計中的套用。通過該項目的研究，期望對頻譜感知理論和實踐產生積極影響，為未來頻譜感知的套用打下基礎並提出具體實現方法。
結題摘要
本項目圍繞著實際頻譜感知系統中面臨的核心挑戰開展工作，關注具有高度非高斯特徵的衝擊噪聲干擾對頻譜感知的影響。開展的工作完成了預設內容，達到了預期目標，並在其基礎上進行了深入拓展。首先，搭建了能夠採集和處理電視空白頻段信號的實驗平台，並在其基礎上通過對實測數據的分析，建立了電視空白頻段噪聲干擾的統計模型。該模型顯示出實際噪聲干擾遠不是理論分析中常假設的白高斯隨機模型，而是在時域和頻域上都具有強烈的衝擊特性。成果作為空白頻譜統計建模方面的原創工作，發表在認知無線電領域旗艦會議IEEE DySPAN上。隨後，針對關鍵挑戰，建立了一系列方法，在頻譜感知系統所運行的極低信噪比環境下來可靠區分窄帶衝擊干擾與以無線麥克風信號為代表的窄帶待保護信號。原創提出的思路包括(1)利用周期圖頻域特徵、採用單邊假設檢驗統計方案的方法，(2)利用共軛頻譜相關函式和增強型頻譜相關函式、聯合利用頻域和循環域特徵的方法。理論分析和實測數據都印證了所提方法的有效性和魯棒性；與目前工業界所考慮的可能方案相比，本項目的方法能夠排除窄帶干擾所造成的虛警，從而極大地提升認知無線電對空白頻譜的利用效率。這部分成果中的核心技術已經申請兩項美國專利，在PCT審查中獲得關於新穎性和創造性的正面評價。之後，為了進一步提升頻譜感知的效率，關注序貫檢測思路，具體地，考慮了由FCC規則等實際套用系統約束所引出的截斷單邊序貫檢測問題，並將其抽象為機會主義式檢測這一全新的理論框架。在這一理論框架下，建立了相應的基本理論折中關係：證明了機會主義式檢測方法僅需要與固定樣本數目相比漸近可忽略的觀察代價，就可以取得可靠的檢測結果，另一方面，機會主義式檢測方法所達到的漏警率下降指數為假設檢驗兩分布的Chernoff信息量，低於最優的固定樣本數目檢測方法所能夠達到的兩分布的KL距離，從而付出了一定的性能損失。這部分工作的成果已經發表在資訊理論領域的頂級雜誌IEEE Trans Inform Theory上，並正在本項目的資助下繼續進行後續深入挖掘和拓展。最後，在本項目的部分資助下，還對無線通信領域的若干其它關鍵問題進行了研究。主要包括：在具有收發機非線性失真的情況下的信息傳輸性能問題；隨機幾何在無線網路建模、分析和設計中的套用；非授權頻段上進行業務分流的問題。相應的成果發表在一系列包括IEEE Trans在內的高水平雜誌和國際會議上。
