发布时间 : 星期四 文章认知无线电中频谱感知技术研究+Matlab仿真更新完毕开始阅读12dfd6c458f5f61fb736663d
紧密相关的一项技术，它被认为是当今多媒体宽带无线通信中最有前途的候选方案。最初将认知无线电技术应用于UWB系统中就是认知超宽带无线电技术（CUWB）的提出，是为了能够实现在直序列超宽带（DS-UWB，Direct-Sequence UWB）和多频带正交频分复用（MB-OFDM，Multi-Band Orthogonal Frequency Division Multiplexing）两种UWB标准的互通。CUWB是结合认知无线电和超宽带技术的主要优点来联合设计研究的一种智能无线系统，是一种基于频谱感知的具有自适应辐射掩膜（或发射功率谱密度）和灵活波形的新型超宽带系统。
由于UWB系统与传统窄带系统之间存在着不可避免的干扰，将CR技术与UWB技术相结合来解决干扰问题也成为近几年的研究热点。UWB无线技术具有高通信容量、抗多径衰落、灵活抗干扰能力、精确的测距和定位等优点，而CR技术是通过智能频谱管理来解决频谱资源短缺的最有效的方法。两者相结合，一方面能针对功率、距离和所要求的数据率进行频谱优化，解决UWB的共存问题；另一方面，UWB技术能帮助解决CR实现上遇到的诸如复杂射频前端设计等难题。基于CR思想的UWB无线技术的发展能大大的促进智能网络和设备的发展，形成真正普及和以用户问中心的无线通信世界，具有重大的理论和实际意义。
2.4.3认知无线电在WLAN中的应用
以IEEE802.11标准为基础的无线技术已成为目前无线局域网（WLAN，Wireless Local Area Network）主流。WLAN设备大多工作在免授权频段，随着无线局域网的普及，免授权频段的通信业务将非常繁忙，几乎达到饱和状态，这样的工作频段已无法满足新的业务要求，采用CR技术就可以解决WLAN频段拥挤造成的可用频谱资源不多的问题。
现有的无线局域网标准中，IEEE802.11系列标准被广泛的应用。然而如IEEE802.11a无线局域网标准所使用的5GHz频段中还存在着其他的设备，如雷达，要保证无线局域网的工作频段不受这类设备的干扰是非常困难的。于是IEEE802.11工作组制定发布了IEEE802.11h标准。从CR的角度看来，IEEE802.11h无线局域网标准可以认为是CR技术在无线局域网中的初步应用。
认知无线电技术在WLAN中的另一个应用是Atheros公司推出的基于SuperG技术的无线局域网技术。该技术中加入了自动检测周围其他无线局域网的功能，可以根据检测到的邻近无线局域网用户情况自适应地调整信道占用方式，最大限度提高系统传输速率。
2.5本章小结
本章在介绍了认知无线电的概念和三个关键技术基础之上，对认知无线电
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在几个领域中的应用分别进行了讨论。本章同时介绍了无线电在WRAN中，在UWB系统和在WLAN中的应用。其中，主要说明了无线电中的频谱感知技术，并对频谱感知技术做了较为详细的介绍。当然频谱感知技术也是本文所研究的一个重点技术，所以，在下面的章节里将会对频谱感知技术做更为详细的讲解和其在无线电研究领域中的重要地位。
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第三章 认知无线电频谱感知技术
频谱感知是认知无线电系统的基本功能，是实现频谱管理、频谱共享等一系列认知无线电功能的前提。简单说来，频谱感知的任务就是查找“频谱空洞”，它包括两方面的内容:一方面是感知感兴趣的频段是否存在授权用户信号，并判断该频段是否处于空闲状态，也即频谱空洞，从而决定是否可使用该频段;另一方面，由于认知无线电的一个基本前提是对授权用户不造成严重干扰，因此认知用户在使用该频谱空洞的过程中，还要持续的监听授权用户是否再次出现，一旦出现要采取相应措施。可以看出，在不对主用户造成干扰的前提下为了最大程度的提高频谱利用率，频谱感知需要满足快速、准确的要求。
为了提高频谱资源的利用率，实现频谱的协商或机会共享，认知无线电用户又被称为次级用户(Secondary User)必须在开始其通信过程之前获得可靠的频谱资源使用状况(Septum use patter)，就是在特定的地理区域及特定的时间段内，那些受关注频带的占用情况。文献将获得频谱资源使用状况的方式分为主动方式和被动方式。被动方式是次级用户通过次级通信系统以外的通信系统而获得的频谱资源使用状况。在被动方式中，授权用户又被称为主用户(Primary User)与次级用户进行协商，由主用户发布其频谱的使用情况。主用户可以通过信标方式、数据库方式、或者服务器方式来向次级用户通告其频谱的使用情况，次级用户利用这些信息则能够保证在不对主用户的通信造成干扰的前提下，提高频谱资源的利用率。
然而被动方式获取频谱资源使用状况，需要主用户系统与次级用户系统传递大量的控制信息，这就额外地增加了频谱资源的消耗，此外这种方式还必须要求对现有的主用户通信系统及通信规范进行修改。这些原因使得目前的研究方向主要集中在主动获取频谱资源使用状况的方式上。与被动方式不同，主动方式是次级用户在其通信系统内部，通过其自身的频谱感知功能而获得频谱资源使用状况的方式。本章主要讨论以主动方式获取频谱资源使用状况的频谱感知的几种实现方法，并对其优缺点加以分析和对比。
认知用户在使用频谱时具有较低的优先级，这决定了授权用户在任何授权信道的随时出现都要迫使认知用户不得不中止该信道的工作，切换到新的频段或者调整传输方式以不影响授权用户的通信。因此认知用户必须以较高的灵敏度连续检测特定地域授权用户的存在状况，获得当前频率使用情况。所以说，频谱感知技术在认知无线电中具有基础地位，是认知无线电系统的基本功能，是实现频谱管理、频谱共享的前提。
认知用户在时域、频域和空域对分配给授权用户的频段不断地进行频谱检
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测，检测这些频段内的授权用户是否正在工作，从而得到频谱使用的情况。如果该段频谱没有被授权用户使用，那么这段频谱称为“频谱空穴”。
频谱感知的本质是认知用户通过对接收信号进行检测来判断某信道是否存在授权用户。这里的信道是指广义信道，可代表时隙、频率、码字等。它与信号解调不同，不是必须恢复原来的信号波形，而只需判断授权用户信号的有无。在认知无线电网络中，由于授权用户信号类型和信道传播特性的多样性、以及授权用户所能承受干扰级别的不同，对频谱检测的性能要求更高，加大了频谱检测的技术复杂度。
频谱感知的目的就是发现频谱空穴，在利用频谱空穴通信的同时不对授权用户的使用造成有害干扰。为不对授权用户造成有害干扰，认知用户需要能够独立地检测出空闲频谱及授权用户的出现。这就要求认知用户能够实时地连续侦听频谱，以提高检测的可靠性。为对授权用户不造成有害干扰，可靠检测概率要求达到99.9%。
认知无线电的认知循环中最基本的步骤就是感知频谱。频谱感知最有效的方式就是在CR的通信范围之内检测主用户接收机。实际上，有时候CR很难测量主用户接收机和发射机之间的信道，因此大部分研究都建立在主用户发射机检测的基础上。频谱感知方式一般包括：发射机检测、协作检测和基于干扰温度的检测等。
频谱资源在传统上是由政府部门以固定的方式划分成不同的频段，并对频段颁发牌照来分配给授权用户使用的。这种频谱资源的固定分配方式是为了保证各个频段的用户不受到相互干扰为目的的。由于无线通信业务的迅猛增加和无线通信技术的飞速演进，有一种矛盾显得日益突出，这就是如何更有效地利用频谱资源的问题。无线电通信频谱资源是一种宝贵的自然瓷源，一般由政府或管理机构授权使用。由于无线通信业务需求的快速增长，可分配的频谱资源变得越来越稀缺。尤其伴随着近几年无线通信技术的日益发展以及世界范围内移动通信用户的迅猛增加，尤其是随着无线局域网、无线个人域网络(WLAN)技术的发展，越来越多的语音通信业务、数据通信业务以至多媒体业务是通过无线的方式接入到网络中去的。但是出乎大多数人预料，美国联邦通信委员FCC的关于频谱资源使用情况的报告，却表明一些授权频段在不同的时间段、不同的地理区域里的使用率是在15％到85％之间，这些频段大多数时间里未被占用，还有一些只是被部分占用，频谱的利用情况极不平衡，一些非授权频段占用拥挤，而有些授权频段则经常空用。
因为大部分的频谱资源均被用来做授权频段使用，且相当数量的授权频谱资源的利用率却非常低，因此FCC的专用频谱分配政策被越来越多的人认为是过时的，尤其是在如工业、科学和医用(ISM, Industrial, Scientific，Medical)
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