协作频谱感知研究及其面临的问题和挑战
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但是，由于大部分频谱已经分配，因此要找到
收稿日期：2019-03-18。刘乐（1988.01-），陕西西安人，硕 士研究生，主要研究方向为无线通信与信息处理。
空闲频段来部署新业务或增强现有业务就变得非 常困难了。为了克服这种困境，人们设计了一种称 为动态频谱接入（DSA）或认知无线网络（CRN） 的新网络范例，以便为所有未授权用户/次用户提供 高度可靠的通信，从而以有效的方式提高了可用频 谱的利用率[2]。由此，次用户可以有效地利用已经 分配给授权用户/主用户（PU）的可用频谱。
2019 年 6 月第 3 期
现代导航
·223·
协作频谱感知研究及其面临的问题和挑战
刘乐
（中国电子科技集团公司第二十研究所，西安 710068）
摘 要：频谱感知是认知无线网络（CRN）中的关键功能，其可以识别空闲频谱以提高频谱
利用率且避免对授权用户产生有害干扰。然而，由于多径衰落，阴影，接收机不确定性等各种问
多径衰落和 阴影效应
现代导航
2019 年
使用某种融合准则融合所有接收到的感知信息，然 后判定主用户信号是否存在，并将决策广播给所有 协作的 CR 用户[2] [3]。整个机制如图 2 所示。
主用户 感知信道
融合中心
CR4
图 1 多径衰落、隐藏终端、阴影等问题对检测的影响
从图 1 中给出的例子可以很好地解释上述问题 [3]。次用户 1 和次用户 2 处于主发射用户的传输范 围内，而次用户 3 在其传输范围外。由于房屋、大 型建筑物等各种障碍，次用户 1 接收到的主用户信 号历经多次衰落和阴影的影响，无法正确检测主用 户信号，且次用户 3 也不能判断主用户信号的存在， 这两类用户做出错误的判决后传输各自的数据，从 而影响主用户接收机的接收，导致隐藏终端问题。 由于存在空间分集，相比次用户 1 和次用户 3，次 用户 2 接收到更强的主用户信号，可以正确检测到 主用户信号是否存在，如果同一网络中的所有 CR 用户之间存在共享和协作机制，则可以大大提高整 个认知无线系统的检测性能。
因此，协作频谱感知（CSS）成为了这种隐藏 终端问题的解决方法。本文重点研究协作频谱感知， 第 2 节讨论了 CSS 的各种方法，第 3 节介绍了 CSS 中使用的几种协作模型，第 4 节讨论了一些重要研 究挑战和存在的问题，并在第 5 节中总结了全文。
CR1
CR2
CR3
图 2 集中式方法
1.2 分布式方法
Abstract: Spectrum sensing is a key function in cognitive radio network (CRN) that can identify the free spectrum to
improve spectrum utilization and avoid harmful interference to licensed users. However, due to various challenges caused by multipath fading, shadowing, receiver uncertainty, etc., the detection of licensed users fails. Cooperative Spectrum Sensing (CSS) technology minimizes the impact of these issues and improves detection performance by exploiting spatial diversity. This paper first introduces the brief history of cognitive wireless networks and spectrum sensing technology, then conducts a brief study on cooperative spectrum sensing, discusses different types of cooperative spectrum sensing technology, cooperative models, feature comparison, and analyzes some related earlier works with involved challenges.
关键词：认知无线电；主用户；CR 用户；频谱感知；协作感知
中图分类号：TN925
文献标识码：A 文章编号：1674-7976-(2019)03-223-05
Cooperative Spectrum Sensing Research with Its Issues and Challenges
LIU Le
Key words: Cognitive Radio; Primary User, CR User; Spectrum Sensing; Cooperative Sensing
0 引言
近年来，由于消费领域对无线服务的兴趣日益 增长，无线电频谱的需求急剧增加，这反而推动了 无线网络向高速数据网络的演进。无线电频谱本质 上是一种有限的自然资源，其接入受美国联邦通信 委员会（FCC）等政府机构的监管[1]。
CRN 的一个重要任务是能够确定空闲频谱，频 谱感知功能使 CR 能够自适应的检测不断变化的频 谱空洞，并尽快退出频段以避免对 PU 产生干扰。 然而，如多径衰落、接收机不确定性、阴影效应等
·224·
问题可能会对检测性能产生相当大的影响[1]。
主用户 发射机
次用户2
主用户 接收机
次用户1
次用户3
隐藏终 干扰 端问题
来自百度文库
题带来的重大挑战，导致授权用户的检测失败。利用协作频谱感知（CSS）技术可以最大限度地
减少这些问题的影响，并通过利用空间分集来提高检测性能。本文首先介绍了认知无线网络和频
谱感测技术的简要历史，然后对协作频谱感知进行了简要的研究，讨论了协作频谱感知的不同类
型、技术、协作模型、特征比较，并分析了一些前期研究方案及其所面临的挑战。
收稿日期：2019-03-18。刘乐（1988.01-），陕西西安人，硕 士研究生，主要研究方向为无线通信与信息处理。
空闲频段来部署新业务或增强现有业务就变得非 常困难了。为了克服这种困境，人们设计了一种称 为动态频谱接入（DSA）或认知无线网络（CRN） 的新网络范例，以便为所有未授权用户/次用户提供 高度可靠的通信，从而以有效的方式提高了可用频 谱的利用率[2]。由此，次用户可以有效地利用已经 分配给授权用户/主用户（PU）的可用频谱。
2019 年 6 月第 3 期
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协作频谱感知研究及其面临的问题和挑战
刘乐
（中国电子科技集团公司第二十研究所，西安 710068）
摘 要：频谱感知是认知无线网络（CRN）中的关键功能，其可以识别空闲频谱以提高频谱
利用率且避免对授权用户产生有害干扰。然而，由于多径衰落，阴影，接收机不确定性等各种问
多径衰落和 阴影效应
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2019 年
使用某种融合准则融合所有接收到的感知信息，然 后判定主用户信号是否存在，并将决策广播给所有 协作的 CR 用户[2] [3]。整个机制如图 2 所示。
主用户 感知信道
融合中心
CR4
图 1 多径衰落、隐藏终端、阴影等问题对检测的影响
从图 1 中给出的例子可以很好地解释上述问题 [3]。次用户 1 和次用户 2 处于主发射用户的传输范 围内，而次用户 3 在其传输范围外。由于房屋、大 型建筑物等各种障碍，次用户 1 接收到的主用户信 号历经多次衰落和阴影的影响，无法正确检测主用 户信号，且次用户 3 也不能判断主用户信号的存在， 这两类用户做出错误的判决后传输各自的数据，从 而影响主用户接收机的接收，导致隐藏终端问题。 由于存在空间分集，相比次用户 1 和次用户 3，次 用户 2 接收到更强的主用户信号，可以正确检测到 主用户信号是否存在，如果同一网络中的所有 CR 用户之间存在共享和协作机制，则可以大大提高整 个认知无线系统的检测性能。
因此，协作频谱感知（CSS）成为了这种隐藏 终端问题的解决方法。本文重点研究协作频谱感知， 第 2 节讨论了 CSS 的各种方法，第 3 节介绍了 CSS 中使用的几种协作模型，第 4 节讨论了一些重要研 究挑战和存在的问题，并在第 5 节中总结了全文。
CR1
CR2
CR3
图 2 集中式方法
1.2 分布式方法
Abstract: Spectrum sensing is a key function in cognitive radio network (CRN) that can identify the free spectrum to
improve spectrum utilization and avoid harmful interference to licensed users. However, due to various challenges caused by multipath fading, shadowing, receiver uncertainty, etc., the detection of licensed users fails. Cooperative Spectrum Sensing (CSS) technology minimizes the impact of these issues and improves detection performance by exploiting spatial diversity. This paper first introduces the brief history of cognitive wireless networks and spectrum sensing technology, then conducts a brief study on cooperative spectrum sensing, discusses different types of cooperative spectrum sensing technology, cooperative models, feature comparison, and analyzes some related earlier works with involved challenges.
关键词：认知无线电；主用户；CR 用户；频谱感知；协作感知
中图分类号：TN925
文献标识码：A 文章编号：1674-7976-(2019)03-223-05
Cooperative Spectrum Sensing Research with Its Issues and Challenges
LIU Le
Key words: Cognitive Radio; Primary User, CR User; Spectrum Sensing; Cooperative Sensing
0 引言
近年来，由于消费领域对无线服务的兴趣日益 增长，无线电频谱的需求急剧增加，这反而推动了 无线网络向高速数据网络的演进。无线电频谱本质 上是一种有限的自然资源，其接入受美国联邦通信 委员会（FCC）等政府机构的监管[1]。
CRN 的一个重要任务是能够确定空闲频谱，频 谱感知功能使 CR 能够自适应的检测不断变化的频 谱空洞，并尽快退出频段以避免对 PU 产生干扰。 然而，如多径衰落、接收机不确定性、阴影效应等
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问题可能会对检测性能产生相当大的影响[1]。
主用户 发射机
次用户2
主用户 接收机
次用户1
次用户3
隐藏终 干扰 端问题
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题带来的重大挑战，导致授权用户的检测失败。利用协作频谱感知（CSS）技术可以最大限度地
减少这些问题的影响，并通过利用空间分集来提高检测性能。本文首先介绍了认知无线网络和频
谱感测技术的简要历史，然后对协作频谱感知进行了简要的研究，讨论了协作频谱感知的不同类
型、技术、协作模型、特征比较，并分析了一些前期研究方案及其所面临的挑战。