基于MATLAB的频谱感知节能抗碰撞认知无线电系统设计

资 源 简 介

本项目采用MATLAB开发智能认知无线电系统，集成动态频谱感知与自适应功率分配功能，通过实时主用户状态监测及碰撞检测算法，有效提升频谱利用率并降低能耗。适用于无线通信系统的抗干扰与资源优化场景。

详 情 说 明

基于频谱感知时间与功率分配的认知无线电节能抗碰撞系统

项目介绍

本项目设计并实现了一种智能认知无线电系统，核心目标是在保证不对主用户产生有害干扰的前提下，提升次级用户的通信能效与频谱利用率。系统通过动态频谱感知技术实时检测主用户的活动状态，并采用基于凸优化的自适应功率分配算法，智能调整次级用户的发射功率。该系统有效解决了传统认知无线电中频谱接入碰撞与能量消耗过大的问题，实现了通信质量与节能优化的平衡。

功能特性

• 实时频谱感知与碰撞规避：采用先进的信号检测技术，实时监测主用户频谱占用状态，通过碰撞检测算法有效避免通信干扰。
• 自适应功率分配：根据感知结果与信道条件，动态调整次级用户的发射功率，实现系统级别的节能优化。
• 能效最大化建模：建立了以能量效率（比特/焦耳）最大化为目标的优化模型，运用凸优化算法求解最优功率分配策略。
• 量化评估与可视化：提供频谱利用率、系统能效、碰撞概率等关键指标的量化评估，并生成实时频谱占用状态可视化图谱。

使用方法

1. 配置系统参数：在主程序运行前，需预先设置输入参数，包括：

- 主用户信号特征参数（中心频率、带宽、功率谱密度） - 信道状态信息（路径损耗、噪声功率、干扰阈值） - 系统约束条件（最大发射功率、最小信噪比要求） - 感知时间窗口配置参数 - 次级用户业务需求（数据传输速率、服务质量要求）

1. 执行主程序：运行主程序，系统将开始执行频谱感知、状态决策、功率优化计算等一系列自动化流程。

1. 获取与分析结果：程序运行完毕后，将输出以下结果：

- 最优功率分配矩阵（各次级用户的发射功率值） - 频谱感知决策报告（主用户存在概率、检测虚警概率） - 系统能效评估指标（比特/焦耳能量效率值） - 碰撞概率统计分析结果 - 实时频谱占用状态可视化图谱

用户可根据输出结果评估系统性能，并据此调整参数以进一步优化。

系统要求

• 操作系统：Windows/Linux/macOS
• 软件环境：MATLAB R2018a 或更高版本
• 必要工具箱：Optimization Toolbox, Signal Processing Toolbox

文件说明

主程序文件整合了系统的核心运作流程，其功能包括初始化系统参数、执行频谱感知以检测主用户活动、根据感知结果进行状态判断与碰撞风险分析、调用优化算法计算满足能效最大化目标的次级用户功率分配方案，并最终完成结果的可视化展示与性能指标的输出。