认知无线电中及其频谱感知技术研究-ppt
无线网络中的频谱感知技术研究
无线网络中的频谱感知技术研究在当今数字化的时代，无线网络已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
从手机通信到智能家居，从智能交通到工业自动化，无线网络的应用无处不在。
然而，随着无线设备的数量不断增加，频谱资源变得日益紧张。
为了更有效地利用有限的频谱资源，频谱感知技术应运而生。
频谱感知技术是一种能够检测和识别频谱中可用频段的关键技术。
它就像是无线网络世界中的“侦察兵”，帮助我们找到那些未被充分利用的频谱“空白地带”，从而实现更高效的频谱利用。
要理解频谱感知技术，首先得明白频谱的概念。
频谱可以看作是无线信号传输的“道路”，不同的无线应用，如广播、电视、移动电话等，都需要在特定的频段上“行驶”。
但就像现实中的道路一样，有些频段可能车流量很大，非常拥挤，而有些则相对空闲。
频谱感知技术的任务就是找出这些空闲的频段。
那么，频谱感知技术是如何工作的呢？常见的方法有能量检测、匹配滤波器检测和循环平稳特征检测等。
能量检测是一种相对简单直接的方法。
它就像一个“能量探测器”，通过测量接收信号的能量水平来判断频段是否被占用。
如果能量较高，就认为该频段正在被使用；反之，则认为可能是空闲的。
这种方法的优点是计算简单，实现容易，但缺点是在低信噪比的情况下性能不太理想，容易出现误判。
匹配滤波器检测则更加精确。
它需要事先知道被检测信号的特征，然后通过与已知特征进行匹配来判断频段的使用情况。
这就好比拿着一把“精确的钥匙”去开特定的“锁”，如果能打开，就说明频段被占用。
这种方法在信号已知的情况下能够提供很好的检测性能，但对先验信息的依赖较高。
循环平稳特征检测则是通过分析信号的循环平稳特性来判断频段是否被使用。
循环平稳特性是指信号在一定的时间周期内具有重复性的统计特征。
这种方法对噪声和干扰具有较好的抗性，但计算复杂度相对较高。
在实际应用中，频谱感知技术面临着诸多挑战。
例如，多径衰落会导致信号的衰减和失真，从而影响感知的准确性；阴影效应会使得信号在不同位置的强度发生变化，增加了检测的难度；还有来自其他无线设备的干扰，也会对频谱感知造成干扰。
认知无线电频谱感知技术分析
中 图分 类号 ： Ｎ９ ５ Ｔ ２
文献标 识码 ： Ａ
文章编 号 ：０ ７９ １（０ ２０ ．０ ３０ １０ ．４ ６２ １）２０ ３ ．２
伴 随着 广 播 电视 、 动 通信 等领 域 中 的应 用 越 来 越 广 泛 ， 线 移 无 电技术应用面不 断得 到扩 展 ， 这使得有 限的无 线电频谱资源 ， 与社 会 不 断 增 长 的 需 求产 生一 定 的 矛 盾 ， 以说 ， 着 人 类 社 会 对 无 线 可 随 电频谱 资源需求 的增长 ， 其也 已成为稀缺的信 息社会 重要资源之 认知无 线 电技术正是在这种背景 下产生 的 ， 它可从有 效解决因 固定频谱分配政策导致的频谱资源不合理分配 问题 ， 并在探索频谱 空穴特性 的基础上 ， 无线频谱资源高效利用 的重要手段 。 对 因此， 探 讨 频 谱 感 知 这 一 认 知 无 线 电关 键 技术 越 来 越 为 人 们 所 关 注 ， 此 进 对
３ 对认 知 无 线 电频 谱 感知 技 术 的 进 一步 分 析 、
实现 频 谱 管理 、 谱 共 享 是 频 谱 感 知 技 术 的 前 提 ， 是 认 知 无 频 更 线 电系统的基本功能 ， 认知无线 电中具有基 础地位 。 在 根据检测 的 依据 ， 当前 频 谱 感 知 技术 类型 主 要 可 划 分 为 两 种 ： 种 如 接 收 信 号 一 强度检测Ｒｓ Ｉ多分辨率频谱感知ＭＲ Ｓ ， ｓ、 Ｓ 等 是基于能量的检测 ； 另 种 则 包 括 基 于 信 号 符 号 构 成 的感 知 和 基 于信 号 相 关特 征 的感 知 等 ， 是基于特 征的检测 。 这 ３１基 于能 量检 测 的认 知 无线 电感 知技 术 分析 ． 能量检测是非相干检测 ， 目前使用最多 ， 为 也最简单的方案 。 采 用 能 量 检 测 ， 收机 可 以 不 用 预 知 主 用 户 信 号 发 射 的 相 关 特 征 。 接 接 收机将信号依次通过模／ 数转换器 、 自相关运算 、 Ｆ 取 得接 收信 Ｆ Ｔ， 号 平 均 功 率 ， 后再 拿得 到 的 结 果 和 阈值 进 行 比较 ， 而 判 断 当前 然 从 信道主用户 占用与否 。 通过增 加接收机每次信号接收时间的长度 ， 或增）Ｆ ｒ ］ Ｆ 运算 的点数 ， Ｉ 就能够提高能量检测准确性。 不过 ， 能量检 测 虽 较 易 实 现 ， 也 存在 局 限 性 ， 却 即对 主 用 户 信 号 和 接 收 噪声 不 能 进行有效分离 ， 如果 工作 条件信噪 比相对 较低其性能不够稳定 。 ３２基 于 匹配 滤波 的感知 技 术 分析 ． 在输入信噪比一定 的条件 下， 采用 匹配滤波器 能使输出信噪比 在某一 时间达到最大。 这使得这 种技术检测信号耗 时短 、 效益高 ， 从 这个意义上盾来 ， 匹配滤波是最优的信号检测技术。 但它 需要 待测 信号的先验信息 ， 这个显著 的弱点， 加之硬件上的相对复杂 ， 使其在 实 际感 知 条 件 下 不 易 实 现 。 在 信 号 检 测理 论 中 匹配 滤 波器 占有 十 分 重要 的地 位 。 实 信号 对 Ｓｔ的 匹 配 滤 波 器 ， 冲 激 响 应 如 下 式 所 示 ： （） 其 ｈｔ ｋ （ －ｔ （） ｓ Ｏ ） ＝ ｔ 由 式 可见 ， 匹配 滤 波 器 的 脉 冲 响应 ｈｔ （ 基本 为 输 入 信 号 ｓ ） ） （ 的镜 ｔ 像， 只不过是时间上右移 ， 同时幅度上乘以中这一非零常数 。 匹配滤 波器能使输 出端信 噪比达到最大 ， 但是为了匹配滤波的实现 ， 获得 较多被检信号 的先验知识是重要前提 ， 加之其计 算量 相对 较大 ， 所 以这样方法通 常用来检测那些发送双方 都预知特征 的信 号。
广电频谱认知WiFi技术 ppt课件
• 由于电视传输为了避免干扰，在各地的频谱使用 是不一样的，因此，就要求广电的无线宽带接入 必须是跳频的，可以避免干扰到电视的传输。
• 无线宽带接入的功率必须有限制，一般不能够超 过4W。
采用跳频方式的白频谱无线宽带接入的优势在于：
1、不会干扰电视的传输。 2、电视的传输可以随时随地选择任何频点，剩下的事情由白频谱无线宽带接入 系统来解决。 3、所有的终端，可以在所有的地方接入，终端的接入通过扫描当地的无线宽带 接入频点来完成接入和认证。 4、与超级WiFi（实际上是降频WiFi）相比较，可以大量节省运营成本，大幅度 提高用户的体验。使得营销变得更容易。
广电自适应Wi-Fi基本技术指标
1. 基于WiFi，采用TDD/TDMA方式。使用8MHz频谱带宽。 2. 使用MIMO。 3. 漫游。 4. 支持移动速率120km/h。 5. 功率在500-1000mw。 6. 频率在470-790MHz。 7. 频率可以在470-790MHz之间跳频，避免干扰。 8. 单个基站采用四个扇区，提供最大600Mbps的传输速率。 9. 单个扇区提供150个终端连接，一个基站提供600个终端连
接。
suansin@
广电自适应Wi-Fi采用模块结构
主板
2.4G WiFi 5.8G WiFi
射频板
suansin@
认知WiFi，架构
信道 BW
峰值速率
6, 7, 8 MHz (region-specific)
384.0 Mbps (6 or 7 MHz), 568.9 Mbps (8 MHz)
认知无线电频谱感知技术研究
认知无线电频谱感知技术研究摘要：随着无线通信技术的迅猛发展，频谱资源短缺的问题越来越严重，甚至可能成为未来制约无线通信技术发展的瓶颈。
认知无线电技术通过对频谱资源的“二次利用”，为缓解频谱资源紧缺开辟了一条新的路径。
在认知无线电网络中，当认知用户感知到目标频段处于空闲状态时，可以接入该频段进行通信，一旦检测到主用户重新出现时，要及时做出避让，以免影响主用户的正常工作。
由此可知，频谱感知技术是保证认知无线电技术得以实现的关键和前提。
关键词：认知无线电；主用户；认知用户；频谱感知中图分类号：tn925 文献标识码：a 文章编号：1007-9599 （2013） 01-0000-021 引言随着无线通信技术的快速发展，可用的无线频谱资源越来越少。
但是由于目前的固定式频谱分配体制，许多国家已经将本国可用的频谱资源发配殆尽了，然而在这些已经分配的频谱中，频谱利用率较低。
可以预见，频谱资源甚至会成为未来制约无线通信技术发展的瓶颈。
正是为了解决上述问题，认知无线电技术应用而生了。
随着认知无线电的不断发展，对认知无线电的定义也不断发展，其中最具代表性的是fcc从频谱管理角度给出的定义[1]：”cr是指能够通过与工作的环境交互，改变发射机参数的无线电设备。
cr的主体可能是sdr，但对cr设备而言，不一定必须具有软件或者现场可编程的要求。
”2 频谱感知技术2.1 概述频谱感知技术是认知无线电技术得以实现的关键和前提。
频谱感知是指认知用户在时域、空域、频域等多个维度对目标频段进行检测发现频谱空洞的过程，其目标是在保证主用户不受到认知用户干扰的前提下，实现对目标频谱的快速、准确的检测[1]。
2.2 频谱感知技术的分类根据感知技术的不同，频谱感知可以分为单用户本地感知和协同感知，其中单用户本地感知又可以进一步划分为主用户发射机检测和主用户接收机检测。
协同感知是在单用户本地感知的基础上提出的，可用使用的融合方式的不同将其划分为硬融合和软融合两种。
无线电频谱感知技术研究
无线电频谱感知技术研究无线电频谱感知技术（Radio spectrum sensing technology）是一种能够对当前环境中的无线电频谱进行实时监测和感知的技术。
在无线通信系统中，频谱是一种十分重要的资源，但是由于无线电频谱的有限性和复杂性，频谱的利用效率一直是无线通信系统的瓶颈之一。
因此，频谱感知技术的使用对于提高无线通信系统的频谱利用效率和性能至关重要。
频谱感知技术的主要目标是通过对无线电频谱进行实时监测和分析，以获得当前环境下的频谱使用情况。
通过感知到的频谱信息，无线通信系统可以根据实际情况进行频谱资源的分配和管理，避免频谱的冲突和争夺，提高系统的容量和可靠性。
频谱感知技术主要包括两个关键环节：频谱检测和频谱识别。
频谱检测是指通过对频谱信号进行实时采样和处理，来检测是否存在较强的信号传输。
一般采用能量检测和周期检测等方法来实现频谱检测。
频谱识别是指通过对检测到的信号进行分析和处理，来判断信号的类型和属性。
常用的频谱识别方法包括周期识别、功率谱密度估计和模式识别等。
频谱感知技术的研究主要集中在以下几个方面：首先，频谱感知技术需要解决的一个重要问题是如何精确地感知到当前环境中的频谱信息。
由于无线电频谱是一个动态变化的环境，有时信号非常微弱，有时信号强度很大，因此如何准确、快速地感知到频谱信号是一个挑战。
目前，有很多成熟的频谱感知算法和技术被提出来，包括基于能量检测的方法、基于周期性的方法和基于功率谱密度估计的方法等。
通过采用合适的感知算法和技术，可以使系统能够实时监测并反馈当前频谱使用情况，从而合理分配频谱资源。
其次，频谱感知技术需要解决的另一个重要问题是如何准确地识别感知到的频谱信号。
不同类型的无线电信号具有不同的特点和属性，因此准确地识别信号类型对于频谱感知至关重要。
传统的频谱识别方法主要依赖于专家经验和手动设置的规则，其性能受限。
近年来，随着机器学习和模式识别等技术的发展，基于机器学习的频谱识别方法逐渐成为研究的热点。
认知无线电频谱感知技术研究
1 引言美国联邦通信委员会以及其他国家的大量研究表明，传统的固定频谱分配方式导致了大部分现有频段的低利用率[1]。
作为可充分利用但未被完全使用的频谱技术，认知无线电有着巨大的吸引力，被广泛认为是下一代无线通信的重大变革。
近几年，大量专家学者在认知无线电领域进行了广泛的学术和应用方案研究。
认知无线电的基本思路是进行频谱再利用和频谱共享，当授权用户未完全使用授权频段时，使认知用户（网络）可以利用授权用户频段进行通信。
为了达到这个目的，认知用户必须持续进行频谱感知来检测授权用户的存在状态，以合理充分地使用授权频段。
检测感兴趣频段是否处于空闲状态是应用认知无线电技术的重要前提，只有高效准确地进行频谱检测，才能进一步有效利用频谱资源，因此频谱资源检测决定着其他环节的实施。
频谱检测主要有两个任务：第一，检测感兴趣的频段是否存在授权用户信号，判断频段是否处于空闲状态，从而决定该频段是否可用，这个任务的完成必须具备较高的可靠性；第二，认知用户的频谱接入权比授权用户低，因此要在使用该授权频段的同时持续检测外部环境，一旦发现授权用户再次出现，认知用户必须在最短时间内检测到其出现并腾出信道，因此检测的速度非常重要。
2 基本检测方法目前，最基本的检测方法包括：匹配滤波器检测法，能量检测法，循环平稳特征检测法等。
认知无线电频谱感知技术研究*朱 辉 刘仕奇 胡斌杰 华南理工大学电子与信息学院【摘 要】认知无线电是一种可以提高频谱利用率的智能技术，高效而准确的频谱检测是其实施的关键。
文章在充分调研国内外研究进展的基础上，介绍了认知无线电的概念、基本的信号检测方法以及多天线与协作检测方法，并对各种检测方案进行比较和分析，最后指出现实中频谱检测的难点和面临的挑战。
【关键词】认知无线电 频谱检测 认知用户 授权用户收稿日期：2011-04-23*本项目得到NSFC-广东省联合基金重点项目（U1035002）、NSFC-NSAF联合基金（10976010）、国家科技重大专项（2009ZX03006-003）的资助2.1 匹配滤波器检测匹配滤波器是一种比较常用的信号检测方法，能最大化接收信号的信噪比，可以在短时间内完成同步提高信号的处理增益。
西安电子科技大学毕设ppt
西安电子科技大学
西安电子科技大学
2 能量检测算法 门限值
s(t)
x(t)
数模转换 A/D
x[nTs] nTs]
FFT
在时间范围 T内求积分
判决
n(t)
在一定时间内采样输入信号N个采样值，然后对N个采样值做N点的 FFT得到频域信号，计算信号能量，最后将所求能量与预先设定的门 限比较，大于门限则判为信号存在，小于门限则判为信号不存在。能 量检测法从原理上来说十分简单，而且容易硬件实现，但对于衰落情 况下的微弱信号检测，以及噪声方差不确定的情况下，检测性能不是 很理想。 BACK
西安电子科技大学
后期工作安排
匹配滤 波检测 后期工 作计划 安排 循环平 稳检测 干扰温 度检测
西安电子科技大学
1 匹配滤波检测算法分析
匹配滤波器法是信号检测中一种传统方法，是由诺斯 (D．D．Nonh)在1943年提出的匹配滤波器理论发展起来 的。所谓匹配滤波器，就是与发送信号相匹配的最佳线形 滤波器。理论分析和实践都表明，如果滤波器的输出端能 够后的最大信噪比，我们就能够最佳地判断信号的出现， 从而提高系统的检测性能。在后期的工作中，主要是提出 匹配滤波的算法及其性能的分析。
西安电子科技大学
2 循环平稳检测
循环平稳检测是一种提取调制信号循环平稳特性用于检测 信号是否存在的算法。循环平稳检测原理是先使用带通滤波器 提取出接收频率段上的接收信号，而由于一般的循环平稳检测 算法的统计特征量都由信号的循环谱(循环谱自相关函数)得到， 所以下一步通过相关积分器计算循环谱，并得到统计特征量。 在后期的工作中，需要自己抓紧时间设计出循环平稳检测的算 法，然后分析其性能如何。
西安电子科技大学
4 论文撰写
认知无线电网络中的频谱感知与共享技术研究
认知无线电网络中的频谱感知与共享技术研究认知无线电网络（CRN）是一种新兴的无线通信技术，其核心思想是能够对无线频谱进行感知和共享，以提高频谱利用效率。
频谱感知是CRN中非常重要的技术，它使设备能够实时监测和分析周围的频谱使用情况。
本文将探讨在CRN中频谱感知与共享技术的研究进展及挑战。
首先，频谱感知的关键是设备能够准确地识别可用的频谱资源。
通过感知技术，设备能够获取频率、时间和空间等信息，并分析现有频谱的利用情况。
常见的感知方法包括能量感知、周期感知、特征感知等。
其中，能量感知是最广泛应用的一种方法，其通过测量接收信号的能量强度来判断频谱是否被占用。
周期感知则是利用周期性的信号特征，如脉冲、载波等，判断频谱是否被占用。
特征感知则是利用频谱的一些特征，如频谱特性、时频权利等，来识别频谱的占用情况。
这些感知方法可以单独应用，也可以结合使用，以提高感知的准确性和可靠性。
在CRN中，频谱感知的关键挑战之一是信号的干扰和噪声。
由于无线环境的复杂性，设备在感知频谱时往往会受到其他设备的干扰，以及附近信道的噪声干扰。
为了应对这种挑战，研究者们提出了一些解决方案。
例如，自适应感知算法可以根据环境的变化自动调整感知参数，以适应不同的干扰和噪声条件。
此外，多传感器融合技术也可以利用多个感知设备的观测结果，提高感知的精度和鲁棒性。
频谱共享是CRN中另一个重要的技术，它允许设备共享已经被感知到的未被使用的频谱资源。
在频谱共享中，设备需要遵循一定的共享规则和约束，以避免互相干扰和冲突。
常见的频谱共享方式包括时分共享、频分共享、码分共享等。
在时分共享中，不同设备在时间上交替使用频谱资源。
在频分共享中，不同设备在频率上分割使用频谱资源。
在码分共享中，不同设备通过使用不同的码字来区分自己的信号。
这些共享方式旨在提高频谱利用效率和系统容量，同时降低设备之间的干扰。
然而，频谱共享也面临一些挑战。
其中之一是频谱资源的不均衡分布。
在现实环境中，不同区域和时间段的频谱资源分布不均匀，存在一些频谱空洞和利用率较低的区域。
认知无线网络的频谱感知技术
认知无线网络的频谱感知技术认知无线网络的频谱感知技术认知无线电, 认知无线网络, 频谱感知认知无线电/认知无线网络起源于Joseph Mitola攻读博士期间的研究工作，在其博士论文中，Mitola将认知无线电定义为“the integration of model-based reasoning with software radio technologies”，认为认知无线电是智能计算和无线通信这两个学科交叉融合的产物[1] 。
随后，美国的FCC和DARPA分别启动了多项计划，对认知无线电和动态频谱接入问题进行深入研究；欧盟的端到端重配置计划(E2R: End to End Reconfigurability Project)也启动了对认知概念在技术和经济领域等各方面问题的研究。
Simon Hakin在2005年发表了关于认知无线电的著名文章“Cognitive radio: brain-empowered wireless communications”[2] ，主要从信号处理和自适应过程的角度对认知无线电技术的框架结构进行了较为完善的分析。
此后，许多有名的大学和研究机构也展开了相关技术的研究和实验平台的开发，认知无线电的概念也被扩展为认知无线网络，指利用认知原理来提高各种资源（频谱、功率等）使用效率的无线网络[3] 。
在频谱管理部门的带动下，一些标准化组织也先后开展了一系列标准制定工作以推动该技术的发展。
目前涉及认知无线电/认知无线网络标准制订的组织和行业联盟主要是美国电气电子工程师学会（IEEE）、国际电信联盟（ITU）和软件无线电论坛(SDR Forum)等。
认知无线网络中，主（授权）用户指那些对某段频谱的使用具有高优先级或合法授权的用户，次级用户是指那些低优先级的用户。
次级用户对频谱的使用不得对主用户造成干扰，因此要求其能快速、可靠地感知主用户使用授权频谱的情况。
次级用户必须具备认知能力，因而称其为认知用户，在网络结构中则表示为认知节点。
认知无线电的频谱感知技术研究
认知无线电的频谱感知技术研究认知无线电的频谱感知技术研究类别：通信网络0 引言随着无线通信业务的增长，可利用的频带日趋紧张，频谱资源匾乏的问题日益严重。
世界各国现行的频率使用政策除分配极少的ISM频段之外，大多采用许可证制度。
而获得许可的用户，并非全部都是全天候占用许可频段，一些频带部分时间内并没有用户使用，另有一些偶尔才被占用，即使系统频谱使用率低，仍无法将空间的频谱分配给其他系统使用，即无法实现频谱共享。
怎样才能提高频谱利用率，在不同区域和不同时间段里有效地利用不同的空闲频道，成为人们非常关注的技术问题。
为了解决该问题，Joseph Mito1a于1999年在软件无线电的基础上提出了认知无线电(Cognitive Radio，简称CR)的概念，要实现动态频谱接入，首先要解决的问题就是如何检测频谱空穴，避免对主用户的干扰，也就是频谱感知技术。
CR用户通过频谱感知检测主用户是否存在，从而利用频谱空穴。
1 匹配滤波器检测(Matched Filtering) 匹配滤波器是一种最优的信号检测法，因为在输出端它能够使信号的信噪比达到最大。
匹配滤波器最大的优点就是能够在短时间里获得高处理增益。
但是使用匹配滤波器进行信号检测必须知道被检测的主用户信号的先验知识，比如调制方式、脉冲波形、数据包格式等，如果这些信息不准确就会严重影响其性能，同时匹配滤波器计算量也较大。
因此它可以用来检测一些特定的信号，但是每类主用户认知无线电都要有一个专门的接收器，这就增加了系统的资源耗费量和复杂度。
2 能量检测(Energy Detector—Based Sensing) 能量检测是一种较简单的信号非相干检测方法。
根据基本假设模型，在高斯加性白噪声(AWGN)信道情况下，采用能量检测法进行主用户信号检测的性能。
在AWGN信道非衰落的环境中，可知信道增益h是确定的。
在H1下，当接收到的信号超过判决门限入时，判断主用户信号存在。
认知无线电中频谱感知技术的研究进展
认知无线电中频谱感知技术的研究进展无线通信发展所面临的瓶颈之一就是频谱资源的不足，造成这一问题的主要原因是：一方面，当前普遍采用的静态频谱管理体制留给新系统、新业务的可用资源非常少；另一方面，据美国联邦通信委员会(FCC)研究表明，频谱的使用情况是动态变化的，大部分时段和空间的频谱利用率非常低。
构建以认知无线电技术为核心的动态频谱管理体制，可以从根本上缓解频谱资源紧张的局面。
认知无线电(CR)概念由Joseph Mitola博士提出，其主导思想是实现伺机的动态频谱接入，即非授权用户（也称次用户或认知用户）通过检测，机会性地接入已分配给授权用户（或主用户）但暂时很少使用甚至未被使用的空闲频段，一旦主用户重新接入该频段，次用户迅速腾出信道。
这种技术需解决的首要问题就是如何快速准确地获取授权频谱的使用情况，目前主要有3类解决方案：建立数据库档案、传送信标信号和频谱感知。
表1从多个方面对3种方案进行了比较，其中频谱感知方案因具有建设成本低、与现有主系统的兼容性强等突出优点，得到了大多数研究学者的认同；另外两种由于受到政治、经济等因素的制约而很难实现，对其研究相对较少。
频谱感知技术是指认知用户通过各种信号检测和处理手段来获取无线网络中的频谱使用信息。
从无线网络的功能分层角度看，频谱感知技术主要涉及物理层和链路层，其中物理层主要关注各种具体的本地检测算法，而链路层主要关注用户间的协作以及对感知机制的控制与优化。
因此，目前频谱感知技术的研究大多数集中在本地感知、协作感知和感知机制优化3个方面。
文章正是从这3个方面对频谱感知技术的最新研究进展情况进行了总结归纳，分析了主要难点，并在此基础上讨论了下一步的研究方向。
1 本地感知技术1.1 主要检测算法本地频谱感知是指单个认知用户独立执行某种检测算法来感知频谱使用情况，其检测性能通常由虚警概率以及漏检概率进行衡量。
比较典型的感知算法包括：能量检测算法，其主要原理是在特定频段上，测量某段观测时间内接收信号的总能量，然后与某一设定门限比较来判决主信号是否存在。
51 认知无线电技术1PPT课件
IMT-Advanced 4G
WCDMA cdma2000 TD-SCDMA
BWA 802.16m
802.16/WiMAX
WLAN
802.11/WiFi
➢ 物联网
数据速率和带宽需求不断增加
➢ 感知网
➢ RFID
➢ ……
8
西安邮电大学通信与信息工程学院
认知无线电的发展背景以及概念 ❖ 移动通信业界关注的重点频段－－“数字红利频段”
➢北京某热点地区实际频道占用情况
频谱图
瀑布图
西安邮电大学通信与信息工程学院
占用度
10
认知无线电的发展背景以及概念 ➢ 北京某郊区实际频道占用情况
频谱图 瀑布图
西安邮电大学通信与信息工程学院
占用度
11
认知无线电的发展背景以及概念 •各类地区按时间院
更多潜在的优势
16
西安邮电大学通信与信息工程学院
认知无线电的发展背景以及概念
Joseph Mitola：提出RKRL语言、感知循环 等术语
FCC：感知能力，识别捕获无线电环境的时 空变量；选择最好的频谱和最合适的操作参 数；
Simon Haykin和Thomas：强调可重配置能 力(自适应性)即指无线电根据无线环境变化动 态编程的能力；
认知无线电的发展背景以及概念
5
西安邮电大学通信与信息工程学院
认知无线电的发展背景以及概念
❖ 无线电波传输特性
低频段绕射能力强，传播特性好，传输距离远， 但设备器件尤其是天线尺寸较大
高频段以视距传输为主要传播方式，同等传播条 件下相对低频段路径损耗更大，天线等设备尺寸 较小。
——各业务各有其“黄金频段”
❖ 认知无线电系统定义（ITU-R SM.2152报告书）
认知无线电中的频谱感知技术研究
【 文章编号 】 １ ０ ０ ６ — ４ ２ ２ ２ （ ２ ０ １ ５ ） １ １ － ０ ０ ６ ６ — ０ ２
引 舌
在人 类对无线电频谱 资源的需求逐渐增 长的情况下 ． 频
谱 资 源也 成 为 了稀 缺 资 源 。 需要 人 们 采 用 一 定 的 科 学 手段 促
在 接 收 机 无 法进 行 法 定 用 户 信 号 的 足 够信 息 量 的 接 收
行分析， 可 以进 行 噪 声能 量 和 已调信 号 能 量 的 区分 而静 态循
知 进 行 法 定 用 户的 检 测 ．并避 免 自身通 信 对 法定 用 户形 成 干
扰【 ｌ ｌ 。 因此 ． 从 这 一 过 程 可 以看 出 。 频 谱 感 知 功 能是 认 知 无 线 电
的 核 心 功 能
时， 可 以 利 用 能量 检 测 器 进 行 信 息 的检 测 。 在 非 衰 落 环 境 中 ， 能量 检 测 不仅 能 够检 测 到 第 一 用 户信 号 ．还 能进 行 错 误 判 决
而 在 第 一 用 户信 号 的 检 测 概 率 降低 时 ． 能 量 进 资 源利 用率 的提 升 。 而认 知 无 线 电技 术 在 进 行 频谱 资 源 分 报 警信 号 的 检 测 。 配之 前 ， 首 先 需要 进 行 频 谱 空 穴 的 监 测 ． 并 最 终 利 用 频谱 空 穴 检 测 器检 测 已 出现 的 第 一 用 户信 号 就越 困难 ，继 而使 第 一 用
利 用 能量 检 测 器进 行检 测 ．频谱 的 利 用 效 率 将 由错 误 判 决报
Байду номын сангаас
警信 号 的检 查 概 率 决 定 。此 外 ． 由于 能 量检 测 器 不 能 对 检 测
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
谢
谢
认知无线电中的频谱感知技术研 究
姓 学
名:丁胜建 号:P201002061
1 2 3 4 5
研究背景 什么是认知无线电 认知无线电中的关键技术 频谱感知技术 结束语
研究背景
随着无线通信需求的不断增长,当前固定的频谱分配政策已不 能满足人们的需求,因此人们提出了认知无线电技术,可以从时间和 空间上充分利用那些空闲的频谱资源,从而有效解决了频谱资源的 不足,提高频谱资源的利用率。 认知无线电的基本出发点就是：在不影响授权频段的正常 通信的基础上,具有认知功能的无线通信设备可以按照某种机会方 式接入授权的频段内，并动态地利用频谱。
缺点：性能容易受到噪声功率不确定性的影响；无法区分调制信号, 干扰信号和噪声信号，即使门限值可以自适应设定，对于带内干 扰，它仍会产生误判，而且无法利用干扰对消；在低信噪比的情 况下，信号淹没在噪声中，用能量检测法的局限性很大；不能用 于扩频信号(包括直接序列扩频和调频信号)的检测。
3 周期平稳过程特征检测来自么是认知无线电？
认知无线电又被称为智能无线电，它以灵活、智能、 可重配置为显著特征，通过感知外界环境，并使用人 工智能技术从环境中学习，有目的地实时改变某些操 作参数(比如传输功率、载波频率和调制技术等)，使 内部状态适应接收到的无线信号的统计变化，从而实 现任何时间、任何地点的高可靠通信以及对有限的无 线频谱资源进行高效地利用。 认知无线电的核心思想是通过频谱感知和系统的智 能学习能力，实现动态频谱分配和频谱共享。
频谱感知的方式一般包括：发射源检测，合作检测和干扰检测等。 如下图所示：
发射源检测技术比较
1 匹配滤波器检测 所谓匹配滤波器是指输出信噪比最大的最佳线性滤波器。 优点：接收信噪比最大化，由于相关运算耗时较少且可达到较高的处理增益， 因此只要信噪比达到一定的门限即可实现检测。 缺点：需要主用户在物理和MAC层的先验知识，解调信号需要同步相干检测， 计算较复杂，因为对于每个特定的主用户需要一个专用的接收机。 匹配滤波法只能应用于对授权用户信息比较了解的频谱环境当中，当不能预 先知晓主信号的信息时无法采用该检测方法。
优点
缺点
检测时间短 需要先验信息， 需要精准同步 实现简单， 对噪声不确定性 不需要先验 敏感，检测时间 信息 较长，不能区分 信号类型 可以区分噪 计算复杂度高 声和信号类 型，以及干 扰，检测灵 敏度高
周期 特性 检测
结束语
认知无线电的核心思想就是使无线通信设备具 有发现“频谱空洞”并合理利用所发现的“空 洞”的能力。值得指出的是认知无线电技术不 但引起了学术界的相当关注，工业界对如何将 其应用于实际通信系统也产生了浓厚的兴趣。 但是要真正实现认知无线电技术还需解决包括 频谱检测技术、自适应频谱资源分配技术和无 线频谱管理技术等关键技术问题。
频谱感知是认知无线电系统的基本功能,是实现频谱管 理﹑频谱共享的前提。CR中的频谱感知包含两个方面， 带内检测和带外检测。从用户工作时必须频繁对当前 工作频段和其他频段进行感知操作。对当前工作频段 感知的目的是检测是否出现主用户。当出现主用户时 进行快速的规避，放弃对当前工作频段的占用，避免 对主用户形成干扰。对其他频段感知的目的是对周围 其他频段的频谱使用状况进行测量。一方面在当前工 作频段不可用时，可以及时切换到其他可用的工作频 段，另一方面，可以利用新的可用频谱资源扩展工作 频段，从而提高传输速率和网络的容量。
优点：信号冗余的突出特征使得信号有了选择的余地。抗噪声性能好， 不受噪声功率不确定性因素的影响。循环平稳检测比能量检测有更好 的鲁棒性。 缺点：计算量大，需要很长的观察时间。
发射源检测技术比较
检测 算法
匹配 滤波 算法 能量 检测
适用范围
认知用户 知道主用 户的信息 认知用户 不知道主 用户的信 息 主用户信 号具有周 期平稳特 性
2 能量检测 能量检测法是一种比较简单的信号检测方法，属于信号的非相 干检测，直接对时域信号采样值求模，然后平方即可得到；或利 用FFT转换到频域，然后对频域信号求模平方也可得到。它无需 知道检测信号的任何先验知识，对信号类型也不作限制。 优点：非相干检测，简单易用，提高了SNR，是目前最主要的检测主 用户的手段。不需要知道信号的先验信息，在实现上也非常简单。
认知无线电中的关键技术
频谱感知技术 频谱分析技术 自适应频谱资源分配技术 动态信道分配技术 自适应功率控制技术
频谱感知技术
频谱感知技术是指认知用户通过各种信号检测 和处理手段来获取无线网络中的频谱使用信息。 从无线网络的功能分层角度看，频谱感知技术 主要涉及物理层和链路层，其中物理层主要关 注各种具体的本地检测算法，而链路层主要关 注用户间的协作以及对感知机制的控制与优化。