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Mitola博士所提出的“认知无线电”旨在解决无线频谱资源的有效利用问题,其核心思想是用户以动态频谱共享的方式利用频谱。以非连续正交频分复用(NC-OFDM)为物理层机制的认知无线电具有灵活、高效、简单等优点,因此具有广阔的应用前景。频谱环境的动态性和复杂性为设计NC-OFDM动态频谱共享机制带来了挑战。本文围绕NC-OFDM动态频谱共享系统展开研究,涵盖了频谱感知、频谱分析、频谱分配和频谱切换四个方面。首先,论文针对宽带OFDM系统频谱感知过程中感知开销和感知性能的折中问题,提出了一种混合频谱感知方法。该方法融合了能量阈值和小波变换两种检测技术,利用能量阈值在用户存在性检测上的快速性和小波变换在频谱边界定位上的准确性,能够在满足检测性能的前提下有效降低检测时间开销。这种将多种感知技术有机融合的思想对于设计面向特定系统的频谱感知方法具有借鉴价值。其次,用户间的干扰是制约认知用户提高频谱有效利用的不可忽视的因素,论文针对OFDM/NC-OFDM动态频谱共享系统的多用户干扰提出了一种理论分析模型,用于分析跨频干扰功率以及网络异步性和用户异质性对跨频干扰的影响。在干扰分析的基础上,研究了跨频干扰的解决方案。通过理论分析和仿真结果证明,在相邻频谱区域插入保护频带是一种行之有效的方法。进一步,论文利用载干比准则定量分析了所需保护频带的大小。接着,论文研究了NC-OFDM动态频谱分配策略。充分利用物理层特性有利于提高频谱分配策略的性能,为此,针对两种已知频谱分配策略分别进行了改进,将保护频带开销和信道衰落特性同时纳入频谱分配设计的考察因素,提出了改进的Bestfit策略和改进的Bestchn策略,优化了信道的选取。最后,针对频谱切换过程中的同步建立和链路保持机制进行了研究。在链路同步方面,提出了一种保护式同步方案——ProSync用于降低跨频干扰对NC-OFDM前导序列同步性能的影响,在发射端设计了一种压缩的导频序列,在接收端则采用双滤波器结构用于信号同步和数据恢复。此外,设计了一种临时双信道监视辅助的链路保持协议用于提高频谱切换的鲁棒性。本文的研究对于部署和实现NC-OFDM动态频谱共享系统具有指导意义和借鉴价值,相关的研究可扩展至其他认知无线电系统。