Phát triển giải pháp cảm biến phổ cho hệ thống vô tuyến nhận thức luận án tiến s

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ ----------------- NGUYỄN VIẾT TUYẾN PHÁT TRIỂN GIẢI PHÁP CẢM BIẾN PHỔ CHO HỆ THỐNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số : 9 52 02 03 HÀ NỘI - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ ----------------- NGUYỄN VIẾT TUYẾN PHÁT TRIỂN GIẢI PHÁP CẢM BIẾN PHỔ CHO HỆ THỐNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số : 9 52 02 03 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS-TS VÕ KIM 2. TS NGUYỄN HẢI DƯƠNG HÀ NỘI - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong luận án là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của các cán bộ hướng dẫn. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực, một phần đã được công bố trên các tạp chí khoa học chuyên ngành, kỷ yếu hội nghị khoa học trong nước và quốc tế.

Phần còn lại chưa được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào. Các kết quả sử dụng tham khảo đều đã được trích đầy đủ và theo đúng quy định. Hà Nội, ngày 15 tháng 12 năm 2018 NGHIÊN CỨU SINH Nguyễn Viết Tuyến LỜI CẢM ƠN Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án này, tác giả đã nhận được nhiều sự giúp đỡ và đóng góp quý báu. Đầu tiên, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.

Nguyễn Hải Dương đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tác giả trong quá trình nghiên cứu. Xin trân trọng cảm ơn TS. Hoàng Mạnh Kha đã có những góp ý quan trọng trong quá trình thực hiện luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn Bộ môn Xung số - Vi xử lý Khoa Vô tuyến Điện tử, Phòng Sau Đại học Học viện Kỹ thuật Quân sự đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận án.

Tác giả cũng xin cảm Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, là đơn vị chủ quản, đã tạo điều kiện cho phép tác giả có thể tham gia nghiên cứu trong các năm làm nghiên cứu sinh. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã luôn động viên, giúp đỡ tác giả vượt qua các khó khăn để đạt được những kết quả nghiên cứu như ngày hôm nay. Hà Nội, ngày 18 tháng 12 năm 2018 NGHIÊN CỨU SINH Nguyễn Viết Tuyến i MỤC LỤC MỤC LỤC. i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.

iii DANH MỤC HÌNH VẼ. v DANH MỤC BẢNG BIỀU, LƯỢC ĐỒ. vii DANH MỤC KÝ HIỆU TOÁN HỌC. viii MỞ ĐẦU.

1 Chương 1: TỔNG QUAN KỸ THUẬT CẢM BIẾN PHỔ TRONG MẠNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC .Vô tuyến nhận thức .Các kỹ thuật cảm biến phổ .Cảm biến phổ hợp tác .Kỹ thuật ước lượng tham số.Thuật toán tối ưu .Mô hình Markov ẩn .Tóm tắt chương. 31 Chương 2: NÂNG CAO HIỆU QUẢ KỸ THUẬT CẢM BIẾN PHỔ TẠI NÚT RIÊNG LẺ .Mô hình hệ thống CED .Đề xuất hệ thống ED-EM .Đề xuất ước lượng công suất nhiễu dùng EM kết hợp với GA xác định ngưỡng tối ưu.Đề xuất sử dụng mô hình HMM để xác định trạng thái kênh .Tóm tắt chương. 61 Chương 3: XÁC ĐỊNH BỘ TRỌNG SỐ TỐI ƯU TRONG CẢM BIẾN PHỔ HỢP TÁC QUYẾT ĐỊNH MỀM .Mô hình hệ thống CSS-SDF .Đề xuất hệ thống CSS- SDF dùng GA (GA-SDF) kết hợp với ước lượng công suất nhiễu dùng EM (EMGA-SDF) .Đề xuất hệ thống CSS- SDF dùng thuật toán đàn dơi (BA-SDF) .Tóm tắt chương. 83 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ.

85 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 86 iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết Nghĩa tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt tắt ABA Adaptive Bat Algorithm Thuật toán đàn dơi thích nghi ADC Analog Digital Converter Bộ biến đổi tương tự - số AF Amplify and Forward Khuếch đại và chuyển tiếp AWGN Additive White Gauss Noise Tạp âm Gauss trắng cộng tính BA Bat Algorithm Thuật toán đàn dơi BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân CED Conventional Energy Kỹ thuật phát hiện năng lượng Detection truyền thống CFD Cyclostationary Feature Phát hiện đặc tính dừng của Detection tín hiệu CP Cyclic Prefix Tiếp đầu tuần hoàn CRN Cognitve Radio Netwok Mạng vô tuyến nhận thức CFAR Constant False Alarm Rate Xác suất phát hiện nhầm không đổi CDR Constant Detection Rate Xác suất phát hiện đúng không đổi CSS Cooperative Spectrum Cảm biến phổ hợp tác Sensing DSA Dynamic Spectrum Access Truy cập phổ động ED Energy Detection Phát hiện năng lượng EGC Equal Gain Combining Kết hợp đồng độ lợi iv EM Expectation Maximization Cực đại hóa kì vọng FC Fussion Center Nút quyết định FSA Fixed Spectrum Allocation Phân bố phổ tần cố định GA Genetic Algorithm Thuật toán di truyền HDF Hard Decision Fusion Quyết định cứng HMM Hidden Markov Model Mô hình Markov ẩn HOS High Order Statistic Thống kê bậc cao MF Matched Filter Bộ lọc kết hợp ML Maximum Likelihood Hợp lý cực đại MRC Maximal Ratio Combination Kết hợp với tỉ lệ cực đại PDF Probability Density Function Hàm mật độ xác suất PSD Power Spectral Density Mật độ phổ công suất PU Primary User Người dùng chính ROC Receiver Operating Đường cong đặc tính nhận Characteristic RSSI Received Signal Strength Chỉ số cường độ tín hiệu nhận Index được SCD Spectral Correlation Density Mật độ phổ tương quan SDF Soft Decision Fusion Quyết định mềm SDR Software Defined Radio Vô tuyến định nghĩa mềm SS Spectrum Sensing Cảm biến phổ SU Secondary User Người dùng thứ cấp Wi-Fi Wireless Fidelity Mạng cục bộ vô tuyến v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Hố phổ và truy cập phổ động. Phân loại kỹ thuật cảm biến phổ.

Năng lượng thu được tại SU, khi tín hiệu PU là BPSK, kênh Gauss, N=15, SNR=2dB. Phân loại cảm biến phổ hợp tác. Mô hình Markov ẩn. Quan hệ giữa Pf , σ n2 và λ.

Sơ đồ khối hệ thống đề xuất ED-EM. PDF của dữ liệu phân bố Gauss. 40 (a): Dữ liệu đầy đủ, (b): Dữ liệu bị cắt. Ngưỡng quyết định khi công suất nhiễu thay đổi với Pf =0,1.

Ngưỡng quyết định khi ngưỡng cắt thay đổi. Xác suất phát hiện Pd khi ngưỡng cắt Tc = 60, σ n2 = 0,8. Sơ đồ khối đề xuất ED-EMGA. Lưu đồ thuật toán ED-GA.

Tốc độ hội tụ hàm mục tiêu dùng GA, SNR = -20dB. Ngưỡng tối ưu khi SNR = [-25,0] dB, α = 10%, 50%, 90%. Xác suất phát hiện Pd , α = 50%. Xác suất lỗi phát hiện Pe , α = 50%.

Sự đánh đổi giữa Pm và Pf. Mô tả dự đoán trạng thái kênh. Mô hình HMM trạng thái kênh của PU. Histogram của xt.

Histogram của st trong trường hợp H0. Histogram của st trong trường hợp H1. Histogram của xt trong trường hợp H0. Histogram của xt trong trường hợp H1.

PA với SNR=-5dB. PA khi SNR thay đổi. Xác suất phát hiện Pd sử dụng HMM. Mô hình hệ thống CSS – SDF.

Mô hình hệ thống đề xuất EMGA – SDF. Lưu đồ thuật toán GA – SDF. Toán tử lai ghép. ROC của hệ thống GA-SDF với số SU khác nhau.

So sánh hệ thống EMGA – SDF và GA-SDF. Lưu đồ thuật toán BA- SDF. ROC của GA-SDF và BA-SDF với 1000 vòng lặp. Tốc độ hội tụ của BA-SDF và GA-SDF.

So sánh ROC của BA-SDF và GA-SDF. ROC của BA-SDF với số lượng SU thay đổi. Quan hệ giữa ψ và số lượng SU. So sánh tốc độ hội tụ giữa ABA-SDF và BA-SDF.

82 Luận án đầy đủ ở file: Luận án Full