认知无线电频谱感知技术现状研究
基于认知无线电的频谱感知与动态频谱分配技术研究
基于认知无线电的频谱感知与动态频谱分配技术研究摘要：随着无线通信技术的快速发展，频谱资源越来越紧缺。
为了更好地利用频谱资源，认知无线电技术应运而生。
本文将重点研究基于认知无线电的频谱感知与动态频谱分配技术，通过感知系统对频谱进行实时监测和分析，动态分配频谱资源，提高频谱利用效率。
1. 引言随着无线通信设备的普及和无线应用的快速增长，频谱资源成为日益紧缺的资源。
然而，传统的频谱管理方法难以满足越来越多的无线通信需求。
认知无线电技术提供了一种新的解决方案，通过感知系统可以感知到频谱的使用状况，从而实现动态分配和有效利用频谱资源。
2. 认知无线电的基本原理认知无线电是一种能够感知和理解其周围环境的无线通信技术。
它基于频谱感知技术，通过感知系统对周围频谱进行实时监测和分析，了解频谱使用情况，并根据需求进行动态频谱分配。
2.1 频谱感知技术频谱感知技术是认知无线电的核心技术之一，它通过感知系统采集无线信号和噪声的信息，判断频谱是否被使用或者空闲，并确定可用频谱的质量和位置。
频谱感知技术主要包括能量检测、周期检测和协作感知等方法。
2.2 动态频谱分配基于频谱感知结果，认知无线电可以动态分配频谱资源，使频谱资源得到最优利用。
动态频谱分配可以根据用户需求和频谱质量等因素，合理分配频谱资源，避免频谱浪费和频谱争用。
3. 频谱感知与动态频谱分配的关键技术3.1 频谱感知算法频谱感知算法是频谱感知的核心，其目标是准确地检测和识别频谱使用情况。
常用的频谱感知算法包括能量检测算法、周期检测算法和协作感知算法等。
这些算法可以通过感知系统实时采集频谱信息，并进行分析判断。
3.2 频谱数据库频谱数据库是记录和管理频谱信息的数据库，它可以存储感知系统采集的频谱数据，并提供给认知无线电进行分析和决策。
频谱数据库的设计和管理是认知无线电的关键技术之一。
3.3 动态频谱分配策略动态频谱分配策略是认知无线电的重要组成部分，它根据频谱感知结果和用户需求等因素，动态分配频谱资源。
认知无线电的本地频谱感知技术研究
5 国家863 计划基金：认知无线电系统中的合作及跨层设计技 术、空间信号检测和分析及QoS 保证机制等
认知无线电
定义：“认知无线电”是可以根据环境变化改变传送 端参数的无线电。
❖ 特点：能量检测法和频 谱分析相似，只要能从 功率谱图中清晰的得到 信号的谱图，即说明能 量检测法可正常的进行 频谱感知。
❖ 根据检测概率和错误概 率的公式，可得出接收 端工作特性ROC图如下： 设m=5,在不同的信噪比 下，做出Pd和Pf的关系 图。
注意：
门限λ： 门限的设定非常重要。当λ增大时，检测概率Pd和错误概率Pf都会减小。相比于其他 情况的参数设置，要达到适当的提高Pd的效果，即在设定门限λ时，适当的降低门限 λ，牺牲一定的频谱利用率来保证主用户的正常通信环境。 观察时间间隔T： 1，计算时间，频谱感知要求对环境达到实时的监测，因此时间T不宜过长 2，判决准确度，信号的统计特性在瞬时并不确定，只有在适当长的时间内才能看出， 因此要保证较长的时间来增加判决的准确度，从这个角度来看，T应该尽可能的长。
❖ 性能分析： 优点：技术比较成熟，可靠性较高而且实施起 来比
较简单。 缺点：1，比较门限较难设定。2，当信号极弱时，会
出现三者混淆的情况。3，只能判定信号是否存在 而不能区分信号类型
循环平稳特性检测法
❖ 适用范围：具有二阶周期特性或循环平稳特性的信号。 ❖ 检测原理：调制信号的特点是循环平稳的，这些特性都是周期性的。接
特性：
❖ 认知能力：认知能力就是从环境中获取感知 信息的能力。用复杂的技术获得环境瞬时的 空间的变量并避免对其他用户的干扰。
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。
认知无线电中频谱感知技术研究
认知无线电中频谱感知技术研究近年来，随着物联网的兴起，无线电频谱资源日益稀缺。
频谱管理机构与用户对频谱的抢夺和利用使得频谱资源的效率变得低下。
频谱感知技术的出现为优化频谱使用效率、提高频谱利用率提供了新的途径。
认知无线电中频谱感知技术：开创频谱管理新时代认知无线电中频谱感知技术是通过对信道中各种信号参数的感知，实现对频谱共享和管理的一种新技术。
在无线电频谱感知技术的基础上，这种技术能够发现和感知到未被许可或者未被使用的频谱资源，实现频谱资源的增加和共享，极大地提高了频谱利用效率。
认知无线电中频谱感知技术可以将频带分成若干个建议小子区，用于放置无线服务或沉默。
同时，这项技术可以感知到在频带上可能存在的其他用户或设备，并快速地判断出正在使用该频带的应用或设备类型，并基于此为用户或设备分配不同的频带。
通过智能频谱管理，频谱资源被优化利用，可以满足高密度的用户和设备需求，实现频谱资源的最大化利用。
认知无线电中频谱感知技术：技术原理及特点认知无线电中频谱感知技术依靠各种感知设备和算法技术来识别目标信源和区分无线电干扰源。
这些设备包括低噪声放大器、功率分配器、混频器、反射器、频谱分析仪、数字信号处理器等，可以实现对频谱的快速分析和监测。
其技术原理主要有以下几个方面:(1) 多传感器节点：多个传感器节点可以同时交叉观测，从而形成更准确的信号解调和信号参数估计。
同时，多个传感器节点可以形成多角度的不同路径估计，增加信号分辨率，提高识别准确性。
(2) 码分多址( CDMA) ：使用CDMA信号处理技术可以有效降低旁边的干扰信号，提高信号分辨率。
在一个信道上，多个用户可以共享频带，同时实现准确、可靠地传输。
(3) 智能算法：采用智能算法可以对频谱资源快速响应，实现快速频谱搜索和特征识别。
智能算法还可以学习和适应未知的频谱环境，提升它对频谱资源感知和利用的准确性和鲁棒性。
在频谱资源的感知和利用方面，认知无线电中频谱感知技术具有以下特点：(1) 高效感知：通过对时间、频率、功率、调制和多径等唯一的特征的感知，可以探测频段是否被使用、用于什么应用以及使用的特定参数。
认知无线电发展现状
认知无线电发展现状认知无线电（Cognitive Radio, CR）是一种能够自主感知无线电频谱环境并智能地进行频谱管理和资源分配的无线通信技术。
随着无线通信技术的快速发展和无线频谱资源的日益紧缺，认知无线电技术被认为是解决频谱资源短缺和提高无线通信效率的重要手段。
目前，认知无线电技术在国际上得到了广泛应用和研究，发展取得了一定的进展。
首先，认知无线电技术在频谱感知方面取得了重要进展。
频谱感知是认知无线电的基础，通过感知无线电频谱环境，可以获取可用的频谱资源。
研究人员提出了一系列感知算法，包括能量检测、功率谱密度估计、周期性检测等，可以准确地感知无线电频谱。
此外，感知技术的硬件实现也取得了突破，如高性能的宽带射频前端芯片、宽带频谱分析仪等，为频谱感知提供了有效的工具。
其次，认知无线电技术在频谱管理和资源分配方面也取得了一定的进展。
认知无线电可以根据感知到的频谱状态和需求，动态地选择空闲频谱资源进行使用，从而提高频谱利用效率和通信容量。
在频谱管理方面，研究人员提出了一系列频谱分配和感知决策算法，包括基于机器学习的频谱预测和动态频谱分配算法、基于博弈论的频谱共享算法等。
通过这些算法，无线电设备可以根据实时的频谱情况，智能地选择和分配频谱资源。
此外，认知无线电技术还涉及到安全性和隐私保护等重要问题。
由于认知无线电可以感知和利用空闲频谱，可能会对现有用户产生干扰。
因此，对于认知无线电设备的干扰控制和频谱共享技术也进行了深入研究。
研究人员提出了动态频谱共享策略、频谱博弈模型等方法，以减小对现有用户的干扰。
此外，还提出了认知无线电的安全机制，如身份认证、数据加密等，保护无线通信的安全性和隐私性。
总之，认知无线电作为一种能够自主感知无线电频谱环境并智能地进行频谱管理和资源分配的无线通信技术，已取得了一定的发展。
目前，研究人员在频谱感知、频谱管理和安全性等方面做出了重要的贡献，为认知无线电的实际应用和推广奠定了基础。
认知无线电中频谱感知策略的研究
认知无线电中频谱感知策略的研究认知无线电中频谱感知策略的研究摘要：认知无线电是一种新型的无线通信技术，其核心在于对频谱资源的感知与利用。
频谱感知策略作为认知无线电关键技术之一，对认知无线电的性能表现具有重要影响。
本文首先介绍了认知无线电及频谱感知的概念和相关技术，然后详细分析了频谱感知策略的研究现状和存在的问题，并提出了一种改进的频谱感知策略，最后对该策略的性能进行了评估和分析。
一、引言随着无线通信技术的快速发展，对频谱资源的需求越来越大，而传统的频谱分配方式已经无法满足日益增长的通信需求。
认知无线电作为一种新型的无线通信技术，能够对现有的频谱资源进行感知，并在无需干扰现有用户的情况下，实现对频谱资源的共享利用。
频谱感知作为认知无线电的核心技术之一，对于认知无线电的性能和效果具有重要影响。
因此，研究频谱感知策略具有重要意义。
二、认知无线电及频谱感知技术认知无线电是一种利用智能感知和认知技术实现频谱资源的智能分配的无线通信技术。
其核心是通过感知周围环境的频谱使用状态和信道质量来对频谱资源进行感知，并根据感知结果来选择合适的频谱资源进行通信。
频谱感知技术主要包括能量感知、周期感知和地理感知等。
能量感知是通过检测信道内的能量来判断频谱是否被占用；周期感知是通过周期性地检测频谱使用状态来判断频谱是否被占用；地理感知是通过检测周围空域内的频谱使用状态来判断频谱是否被占用。
三、频谱感知策略研究现状目前，频谱感知策略主要分为两类：单频感知策略和多频感知策略。
单频感知策略是指采用一种感知方式获取周围频谱信息，从而选择最佳的频谱资源进行通信。
多频感知策略是指同时采用多种感知方式获取周围频谱信息，并将多种感知结果进行融合分析，从而选择最佳的频谱资源进行通信。
但是，目前的频谱感知策略在实际应用中存在一些问题。
首先，单频感知策略有时会因为受到噪声和干扰的影响而获取到不准确的频谱信息。
其次，多频感知策略在融合分析多种感知结果时，因为感知结果可能存在冲突，导致融合结果不准确。
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。
认知无线电中的频谱感知技术的研究-精选文档
仿真及结果分析
• 干扰温度检测仿真
• 图中的5个主用户信号分别是载波频率为 1000,2000,3000,4000,5000,采样频率为12000的 条件下的抽样信号。
该图是在主用户1未使用该频段的情况下所检测到的频谱图，即该 频段有频谱空穴。所以认知用户可以以机会方式动态接入该授权频 段。
该图是在加入噪声后且信噪比为10dB的情况下所检测到的频谱图。 从图中可以看出主用户1未使用该频段，即存在频谱空穴。所以， 认知用户可以动态使用该频段。
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。 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，采用更长的T可以减小噪声，提高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：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 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。
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认知无线电频谱感知技术现状研究
【摘要】近年来无线电技术飞速发展，无线通信得到广泛应用，随之而来的是更多的用户需求与无线电频谱资源紧张的矛盾。
认知无线电可以有效地解决无线通信中频谱资源紧张的问题，为资源的高效利用提供方案。
【关键词】节点选择；频谱感知；协作频谱感知
从1999年CR这一概念被Joseph Mitola III提出至今，认知无线电技术一直为无线通信研究的热门。
认知无线电技术和频谱感知技术的发展日新月异，近期开始有更多的学者开始研究复杂环境下的协作频谱感知方案。
一、认知无线电
Simon Haykin定义CR通过构建理解方法论来学习环境并且通过实时改变运行过程中的某些参数来适应环境带来的统计变化，这些参数包括载频、调制方法和发射功率等参数。
总之它是一种感知周围环境的智能无线通信系统，其中核心目标包括：随时随地，高度可靠的通信和高效的频带利用率。
Simon Haykin构建CR的框架是从信号处理和自适应过程的角度进行的。
另外，Joseph Mitola III认为，为了提高无线电技术的灵活性，认知无线电技术使用“；无线电知识表达语言”；（Radio Knowledge Representation Language，RKRL）。
这一语言将会逐步演变成由软件进行配置，符合网络或者用户要求的通信功能和参数的软件无线电。
CR通过对环境的观察、自身定位、计划决策、学习、判断和执行来完成自身功能的循环。
同时，美国联邦通讯委员会发布的FCC 03-322文件，申明了CR是一种能通过和其所在的环境相互作用来改变自身发射频率的无线电技术。
包括主动地与其他频带使用用户进行交流协商或者通过被动的感知与判断等方式[1]。
FCC还具体对CR的使用标准和适用场合做了规定。
二、频谱感知技术
在CR中，频谱感知已经成为核心研究内容，而且频谱感知技术目前又以对主用户发射机进行检测的为主。
对发射机进行检测分为单节点检测和多节点检测（又称作合作检测或者协作频谱感知）。
单节点检测主流的方法又有能量检测（Energy Detection），循环平稳特性检测（Cyclostationarity）和匹配滤波器检测（Matched Filtering Detection）。
协作频谱感知，又称多节点频谱检测。
由于主用户的发送信号经过不同的衰落的信道到达感知从用户（CU），因此主用户的信号伴随着一定的阴影效应或多径衰落，将多个CU的单节点检测作为可以互相协作的整体，共同对同一段频谱进行感知，多节点能量检测技术可以通过AP的信息融合技术，将这一信道的不良干扰大幅度降低。
这样，在AP通过特定的融合、判决后得到对主用户LU的
频谱感知的结果。
与单节点检测相比，多节点检测对频谱感知的结果来自多个节点的综合判断，其准确性有很高的可靠性，在一定程度上极大地提高了ROC特性。
“与”“或”和“K秩”；判决是三种常见的协作频谱感知的规则。
一种典型的K 秩协作感知使用统计的方法来减少感知单元（CU）的数量，不允许不可靠的CU 发送，而只允许可靠的从用户发送判决值给AP。
这样，我们可以因此不需要很多CU单元，提高了协作感知的速度，而且同时保证了感知精度。
三、协作频谱感知技术
和分集的思想类似，由概率特性知道，所有节点同时被遮蔽或干扰的概率远远小于单个节点，协作频谱感知通过多个用户的协作达到鲁棒性的提高。
另一方面，只要从用户感知节点的分布合理，所有节点同时出现同时判断性能下降的概率大大降低。
因此协作频谱感知减少许多因素对检测性能的影响，并使感知时间缩短，提高ROC曲线的性能。
协作频谱感知可以在不提高单节点的感知性能的情况下，提高整体感知的稳定性。
按照协作频谱感知的数据融合方法不同，包括分布和集中两种方式。
检测信息在各个参与协作的CU节点传递，通过共同的判决，最后得出感知结果，这种方式叫作分布式的频谱感知。
如果每个CU节点分别通过能量检测，得到自己的判决信息，然后将信息发送到融合中心，在融合中心处采用相应的融合算法最后得出判决的结果，这种方法是协作频谱感知中集中式的方法。
另外两种协作频谱感知的分类是硬判决与软判决的区分。
每个感知节点CU 单独的进行能量检测，会得到一个本地的检测结果，然后通过将这一信息发送给融合中心，在主节点P对信息采用“与”、“或”、“K秩”判决等算法进行融合判决，最终可以给出主用户是否占用频谱资源的判断，我们把这种方法叫做硬判决。
如果每个感知节点进行能量判决后，不给出一个明确的判决结果，而是直接把能量检测的信息传递给主节点P，最后由统一的融合判决算法给出判断，这种方法称为软判决。
协作频谱感知中还有一个重要的问题，就是感知时间的问题。
我们知道，当感知一个用户是否占用频谱的时间过长，很可能做出最终判断时，此用户的占用状态已经改变，反而可能造成判决的错误，影响主用户LU的正常使用。
这就需要我们在进行协作频谱感知时，不仅要考虑整体准确性的提高，更要兼顾到感知时间的问题，实现时效性与准确性的兼顾。
这是协作频谱感知的研究热点也是难点。
图1为协作频谱感知框图，可以看到，在两种基本的协作频谱无线信道中，感知信道主要负责每个CU的感知主用户存在与否的检测信道。
以能量检测算法为例，CU通过检测算法得到LU的统计信息，通过门限等参数设置，可以调节本地检测的性能，使之符合协作频谱感知的整体要求。
控制信道上传递的是每个CU向融合中心发送的判决和统计信息，即本地判决上报。
这个过程包括了协作频谱感知中的时延和能耗问题：参加感知的CU节点数目越多，可以获得的信息越多，分集效果越好，最终在融合中心进行信息融合判决的结果越准确，整体的协作频谱感知性能越好。
但是更多的CU节点，意
味着更多的功耗。
同时更多的CU在融合中心进行判决融合时，不论采用什么样的算法，融合的算法复杂度都将要大大增加。
所以，我们必须通过协作节点选择算法，达到协作频谱感知的ROC性能与时延功耗之间的折中。
这种折中可以通过对控制信道中的CU个数的选择，实现算法性能的综合提高。
最后，各个CU的感知信息传递给数据融合中心，采用不同的数据融合算法，依照每个CU节点的信息，最终判定主用户LU存在与否。
这里的数据融合就会因为算法不同存在一个算法鲁棒性的问题，所以，要根据情况选择相应的不同的数据融合算法。
参考文献：
[1]宫润胜，胡中豫，申涛.认知无线电中多节点协作频谱感知及其融合算法[J].西南大学学报（自然科学版），2008，30（11）：151-155.
[2]K.Hyoil，G.S.Kang.Adaptive MAC-layer Sensing of Spectrum Availability in Cognitive Radio Networks[C].IEEE Radio and wireless Symposium，2007，25（1）：464-469.。