认知无线电中及其频谱感知技术研究_ppt
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)
基于认知无线电的频谱感知与分配技术研究
基于认知无线电的频谱感知与分配技术研究频谱感知与分配是认知无线电领域中的关键技术之一。
在无线通信技术不断发展的今天，频谱资源的紧张和利用效率的提高成为了一个重要的问题。
通过认知无线电的频谱感知与分配技术，可以充分利用已有的频谱资源，并实现频谱资源的高效分配。
本文将着重探讨基于认知无线电的频谱感知与分配技术的研究现状和发展方向。
首先，我们需要了解认知无线电的概念和原理。
认知无线电是一种能够感知和识别频谱环境的无线电技术。
它通过感知周围的频谱环境，了解当前频谱资源的使用情况，并根据这些信息进行频谱资源的分配和管理。
认知无线电主要包括感知模块、推理模块和决策模块三部分。
感知模块负责感知周围的频谱环境，推理模块通过推理和判断分析感知结果，决策模块根据推理结果制定相应的频谱分配策略。
频谱感知是认知无线电的核心技术之一。
它通过感知网络中不同节点使用的频谱资源，实时掌握频谱资源的使用情况。
频谱感知可以分为无感知和有感知两种模式。
无感知模式下，节点只能感知到自身使用的频谱资源情况；有感知模式下，节点不仅能感知到自身使用的频谱资源情况，还能感知到周围节点的频谱资源使用情况。
频谱感知技术的目标是实现对频谱资源的精确感知，包括频谱利用率、干扰水平、信号质量等信息。
频谱分配是认知无线电的另一个重要技术。
频谱分配的目标是根据感知到的频谱资源使用情况，合理地分配频谱资源给不同的用户和应用。
频谱分配涉及到资源的动态分配和动态共享。
主要的频谱分配策略包括频段分配、功率分配、时隙分配等。
频谱分配技术需要考虑到多种因素，包括频谱资源的利用效率优化、网络性能优化、功耗控制、干扰控制等。
基于认知无线电的频谱感知与分配技术面临着一些挑战和难题。
首先，频谱感知的准确性和实时性是一个重要的问题。
由于环境的复杂性和多样性，频谱感知往往受到多种干扰和噪声的影响。
为了提高频谱感知的准确性和实时性，需要设计先进的感知算法和信号处理方法。
其次，在频谱分配中需要考虑到多种用户和应用的需求。
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。
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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
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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
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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。
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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。
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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
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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
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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
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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）
浅析认知无线电的频谱感知技术
现代信息科技 Modern Information Technology
Feb.2018 Vol.2 No.5
浅析认知无线电的频谱感知技术
张俊强
（忻州职业技术学院，山西 忻州 034000）
摘 要：无线电技术的发展与业务范围的拓展，使通信等领域对认知无线电的频谱感知技术需求不断增加，频谱感知技术
收稿日期：2018-03-23
的识别，获取可用的频段，以达到正常通信的目的。同时， 通过对可用频谱资源进行识别与合并能够提升认知用本前提 频谱感知技术通过对授权频段工作状态的识别与判断 来增加频谱动态接入的机会，能够避免对主用户的通信造 成影响。实施认知无线电的频谱感知技术应该在以下两个 基本前提下实现：第一，物理层协议中要对认知用户的信 号状态进行规范，保障频谱感知探测中认知用户不发射信 号，在此基础上，保证授权用户产生的频谱功率具有独立 性与单一性 [2]；第二，要保证授权用户发射机及认知用户 接收机的探测成功率在 99.90％以上，保证频谱感知的有 效性与及时性。 2.2 频谱感知的设计挑战 频谱感知技术的应用效率与使用性能会受到诸多因素 的影响，在设计使用中面临着较大的挑战与困难。对频谱 感知技术设计与应用影响最大的问题是如何在动态变化的 无线信道以及异构网络环境中保证技术的稳定性与准确性。 当无线信道发生衰落或是遮蔽状况时，主用户信号可能会
1 频谱感知技术概述
认知无线电的频谱感知技术是指通过对频带进行扫描， 确定能够用于数据传输的频谱。在分析特定区域频段的基础 上，认知与识别能够用于通信的频谱空洞，因此，频谱感知 技术是认知无线电应用的前提条件。认知无线电通过不断检 测正在占用的工作频段以及可用频谱，能够保证主用户的通 信不受到干扰 [1]。一方面，及时发现和识别主用户，规避对 主用户造成干扰的可能性；另一方面通过对可用无线电频谱
频谱感知技术在认知无线电中的作用
频谱感知技术在认知无线电中的作用频谱感知技术作为认知无线电的核心组成部分，对于实现频谱资源的有效利用与动态管理至关重要。
该技术使无线通信系统能够识别并利用未被授权用户占用的频谱空洞，即所谓的频谱机会，进而提升频谱效率，缓解频谱资源紧张问题。
以下是频谱感知技术在认知无线电中发挥作用的六个关键方面：一、频谱监测与识别频谱感知技术首先通过监测无线通信环境，实时捕捉频谱使用情况。
这一过程涉及连续扫描宽频段，收集并分析射频信号，以识别哪些频段正在被使用，哪些处于空闲状态。
通过精确的频谱监测，认知无线电能够快速识别出可用的频谱资源，为动态接入和利用创造条件。
二、频谱空洞检测与利用在完成频谱监测的基础上，频谱感知技术进一步实现频谱空洞的精准检测。
它利用各种算法，如能量检测、匹配滤波检测和循环平稳特征检测等，来区分噪声与实际信号，判断频谱是否真正空闲。
一旦发现空洞，认知无线电用户便能在不干扰原有授权用户的情况下，临时接入这些频段进行数据传输，极大提高了频谱资源的利用率。
三、动态频谱共享与管理频谱感知技术是实现动态频谱共享机制的基础。
通过实时感知和分析频谱使用状况，认知无线电网络能灵活调整自身的操作频率，避免与授权用户发生冲突，同时与其他认知无线电用户协调共享频谱资源。
这种动态分配策略提高了网络的整体灵活性和适应性，为未来大规模物联网、5G及以后的通信系统提供了重要的技术支持。
四、干扰规避与保护机制频谱感知技术不仅用于寻找可用频谱，也是实现有效干扰管理的关键。
通过对周围环境的持续监测，认知无线电能够预测并避免潜在的干扰源，采取主动避让策略，或通过调整发射功率、频率或调制方式来最小化对授权用户和其他认知无线电用户的干扰。
这种能力对于保障通信质量和维护无线电频谱秩序至关重要。
五、频谱利用策略优化基于频谱感知的丰富数据，认知无线电系统能够执行高级的数据分析和机器学习算法，优化频谱利用策略。
这包括预测未来频谱使用模式、识别频谱使用趋势以及自动调整接入策略，以适应不断变化的频谱环境。
认知无线电中传输阶段频谱感知研究
认知无线电中传输阶段频谱感知研究作者：崔巍来源：《中国新通信》 2018年第23期引言：怎样合理利用频谱感知，从而对用户综合全方面地高效利用信道及对信息感知量的增强，都是当前急需重视的话题。
在认知无线电系统运行的过程中，为了满足尽可能全方位地结合所有可利用的信息，来对所需的任务及逆行感知并决策再输出的需求，而不再只是单纯被动地牵制于特定的时间或空间的限制，即可跨时空综合运用好所有可用资源。
一、认知无线电的含义认知无线电（cognitive radio，CR）具体含义是1999 年Mitola 博士受软件无线电的提示发表出来的，并表达了认知终端，是可以通过感知周围环境并人工智能化内外交互信息的，而认知无线电即是结合感知环境提供决策意见再进行传输的下一代无线通信技术。
再次，它的运行目的是既不会耽搁用户使用信道，又不会使得干扰方在频谱空闲阶段趁机接入信道，共享空闲阶段的频谱资源。
它主要工作程序是感知并尽可能充分利用好空闲频谱、各阶段尤其是传输阶段频谱的资源，然后也增强弱化干扰方与用户之间矛盾的意识，由此也可以缓解频谱资源紧缺的现状。
二、认知无线电的功能特点分析1、重构功能。
重构系统功能模块，即随系统编程动态信息而调整传输参数，因为认知无线电终端设备通信接口是软件定义的，而且也接受各种传输意境。
自动适应环境变化，即认知无线电系统需要认知用户随各频谱环境要求而自适应调整重构因素，在不影响用户对其他空闲频段使用的前提下，自适应获取优质、适用的信道传输参数。
上述的重构系统功能模块和自动适应环境变化都是认知无线电的重构功能体现。
2、认知功能。
感知并学习频谱环境，是认知无线电的认知功能体现，又进一步诠释了该系统技术的智能化。
认知环节主要分为，对目标频段的检测并发现空闲频谱的频谱感知环节、对信道状态及其容量的信道分析环节，为动态频谱运用提供数据参考，和对目标频段特定为用来通信的空闲频谱资源的判决环节。
该三个环节主要是通过感知、分析与决策，使得认知无线电可利用到通信的空闲频谱资源并获取合适的频谱和工作参数。
认知无线电学习笔记三 频谱感知技术研究
认知无线电的频谱感知技术研究0 引言随着无线通讯业务的增长，可利用的频带日趋紧张，频谱资源匾乏的题目日益严重。
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，另有一些偶然才被占用，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。
怎样才能进步频谱利用率，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题目。
为了解决该题目，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，要实现动态频谱接进，首先要解决的题目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，由于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，假如这些信息不正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进时，判定主用户信号存在。
在H0下，当接收信号超过判决门限时，则会作出错误的判定。
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谢
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3 周期平稳过程特征检测 优点： 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： 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 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。
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： 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。 缺点： 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。
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 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， 优点： 因此只要信噪比达到一定的门限即可实现检测。 缺点： 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。
认知无线电中的频谱感知技术研 究
姓 学
名:丁胜建 号:P201002061
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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。
什么是认知无线电？
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。
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。
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。