認(rèn)知無(wú)線電的頻譜檢測(cè)技術(shù)1

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1、認(rèn)知無(wú)線電中的頻譜檢測(cè)技術(shù)1、認(rèn)知無(wú)線電的概念2、頻譜檢測(cè)技術(shù)1.1認(rèn)知無(wú)線電提出的背景通信的發(fā)展尤其是移動(dòng)通信的迅速發(fā)展，無(wú)線系統(tǒng)和通信服務(wù)的不斷升級(jí)，無(wú)線電的硬件設(shè)備不斷更新。頻譜資源的日益緊張和使用上的浪費(fèi)?；谲浖o(wú)線電基礎(chǔ)上提出的認(rèn)知無(wú)線電概念1.2軟件無(wú)線電的概念在1992年5月美國(guó)電信系統(tǒng)會(huì)議上，JeoephMitola首次提出了軟件無(wú)線電的概念。軟件無(wú)線電是指采用固定不變的硬件平臺(tái)，通過(guò)軟件重構(gòu)升級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活多變的通信體制和通信功能的無(wú)線電系統(tǒng)。認(rèn)知無(wú)線電認(rèn)知無(wú)線電概念最早是由瑞典JosephMitola博士于199

2、9年8月提出的，是對(duì)軟件無(wú)線電功能的進(jìn)一步擴(kuò)展。認(rèn)知無(wú)線電可以感知周圍電磁環(huán)境，自適應(yīng)調(diào)整傳輸參數(shù)（通信頻率、發(fā)射功率、調(diào)制方式、編碼體制等），動(dòng)態(tài)接入暫時(shí)閑置的頻帶，有效利用頻譜空穴。主用戶和CR用戶1.3頻譜檢測(cè)技術(shù)要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜接入，首要問(wèn)題是頻譜檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)感知并分析特定區(qū)域的頻段，找出適合通信的頻譜空穴。待查的頻段分為3種不同的情況：黑空：存在高功率的干擾；灰空：存在低功率的干擾；白空：僅存在環(huán)境噪聲量，包括熱噪聲、瞬時(shí)反射、脈沖噪聲等。頻譜檢測(cè)的任務(wù)就是查找適合認(rèn)知無(wú)線電業(yè)務(wù)的白空，同時(shí)對(duì)工作頻段在黑空（或灰空）和白空

3、之間的轉(zhuǎn)變進(jìn)行監(jiān)測(cè)。2頻譜檢測(cè)的方法2.1發(fā)射機(jī)檢測(cè)（非合作檢測(cè)）2.2合作檢測(cè)2.3接收機(jī)檢測(cè)2.4基于干擾溫度的檢測(cè)2.1發(fā)射機(jī)檢測(cè)最有效的方法是檢測(cè)周圍是否有主用戶在接收數(shù)據(jù)，然而實(shí)際中直接測(cè)量主發(fā)射機(jī)和主接收機(jī)之間的信道很困難。通常的方法是檢測(cè)某一頻帶內(nèi)是否有主發(fā)射機(jī)信號(hào)?；炯僭O(shè)：由此基本假設(shè)，有3種方法可用于發(fā)射機(jī)檢測(cè)。2.1.1匹配濾波器檢測(cè)匹配濾波器要求已知主用戶信息，包括調(diào)制方式、脈沖形狀和數(shù)據(jù)包格式等。優(yōu)點(diǎn)是能以較少的計(jì)算時(shí)間獲得較大的處理增益。缺點(diǎn)是要為每一個(gè)主用戶信號(hào)設(shè)計(jì)專門(mén)的接收機(jī)。2.1.2能量檢測(cè)能量檢

4、測(cè)不需要知道授權(quán)用戶的先驗(yàn)知識(shí)，只需測(cè)量頻域或時(shí)域上一段觀測(cè)空間內(nèi)接收信號(hào)的總能量來(lái)判決是否有授權(quán)用戶出現(xiàn)，是目前應(yīng)用最廣的一種頻譜檢測(cè)方式。缺點(diǎn)是檢測(cè)門(mén)限設(shè)置較困難。2.1.3周期平穩(wěn)特征檢測(cè)已調(diào)信號(hào)通常包含正弦載波、脈沖串、擴(kuò)頻序列或循環(huán)前綴，由此導(dǎo)致已調(diào)信號(hào)具有內(nèi)在的周期性。常用譜相關(guān)函數(shù)來(lái)分析周期平穩(wěn)信號(hào)的特性。譜相關(guān)函數(shù)能區(qū)分噪聲能量和已調(diào)信號(hào)能量。計(jì)算復(fù)雜度高，需要較長(zhǎng)的觀測(cè)時(shí)間。2.2合作檢測(cè)無(wú)線環(huán)境中存在路徑損耗、陰影效應(yīng)和多徑效應(yīng)等問(wèn)題。如果存在嚴(yán)重的陰影衰落，CR用戶無(wú)法檢測(cè)到主發(fā)射機(jī)信號(hào)，可能會(huì)對(duì)住用戶造成嚴(yán)重

5、干擾，CR用戶間應(yīng)進(jìn)行信息共享。合作檢測(cè)可通過(guò)中心式或分布式的方式實(shí)現(xiàn)。中心式方式中，CR基站是中心站，收集各個(gè)CR用戶的監(jiān)測(cè)信息從而檢測(cè)頻譜空穴。分布式方式中，各CR用戶之間相互交換信息。缺點(diǎn)是需要額外操作，為實(shí)現(xiàn)信息共享而引入二外的信息流量。2.3接收機(jī)檢測(cè)在無(wú)線電接收機(jī)結(jié)構(gòu)中，本地震蕩器(LO)要對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行變頻，將信號(hào)從高頻轉(zhuǎn)換到中頻，在這個(gè)轉(zhuǎn)換頻率的過(guò)程中，一些本地振蕩器的能量會(huì)通過(guò)天線泄露，CR用戶能檢測(cè)到LO泄漏，就能得到主接收機(jī)使用的頻帶信息。放置在主用戶的接收機(jī)附近安裝小型、低功耗的傳感器節(jié)點(diǎn)，可以檢測(cè)到本地振蕩

6、器的能量泄露，從而判決接收機(jī)正在使用的信道情況，再將判決信息通過(guò)獨(dú)立控制信道反饋CR。這種方法是基于主用戶主動(dòng)檢測(cè)的前提。2.4基于干擾溫度的測(cè)量干擾溫度是接收天線處射頻功率（發(fā)射機(jī)和噪聲源產(chǎn)生的信號(hào)功率）的一種度量。單位為K，定義如下式中：為以為中心頻率、B為帶寬的頻譜內(nèi)平均功率；k為Boltzman常數(shù)，其值為干擾溫度模型在接收機(jī)處設(shè)定干擾溫度極限，用來(lái)表示接收機(jī)所能承受的最大干擾范圍。只要CR用戶的信號(hào)傳輸能保證注解手機(jī)的干擾溫度在這一范圍內(nèi)，CR用戶就可以使用相應(yīng)頻帶。這種模型實(shí)現(xiàn)的最大困難在于如何有效測(cè)量干擾溫度。由于主接

7、收機(jī)通常是被動(dòng)的，CR用戶無(wú)法知道主接收機(jī)的具體位置。頻譜檢測(cè)是認(rèn)知無(wú)線電的關(guān)鍵技術(shù)。通常，CR網(wǎng)絡(luò)包含多個(gè)CR用戶和主用戶，甚至需要和其他CR網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)使用頻譜，增加了檢測(cè)的困難度。謝謝