认知无线电集中式联合频谱感知算法研究

通信技术研究所
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课题来源及研究的目的与意义
2
国内外研究现状
3
频谱感知的关键技术
主要内容
4
硬判决联合频谱感知算法
5
软判决联合频谱感知算法
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周期性联合频谱感知机制及其优化
7
结论
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认知无线电的概念
射频激励 射频前端
Joseph Mitola
认知无线电应该基于软件 无线电的平台，是一种智 能化的软件无线电。认知 无线电通过无线电知识表 式语言采用模式推理的方 式与网络进行智能交流 .
➢解放军理工大学的崔丽提出了基于信息简约的最大似然联合频谱感知 算法，采用简约信息降低了传送感知信息所需要的开销
➢清华大学的马志垚提出采用联合频谱感知对授权用户进行定位，通过 建立检测概率与测距的关系，估计授权用户的三维地理位置信息
美国0-6GHz的频谱资源利用率
0-1
1-2
2-3
3-4
54.4
35.1
7.6
0.025
4-5
5-6
0.128
4.6
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充分利用空闲频谱
➢FCC将没有被授权用户充分利用的频谱叫做“频谱空穴” 或者“空闲频谱”
➢FCC提出非授权用户可以采用认知无线电 (Cognitive Radio, CR) 技术实现对空闲频谱的感知和利用
➢南京邮电大学的程世伦提出了基于纳什议价的联合频谱感知算法
➢中国电子科技集团三十六所的郑轶等人提出了一种基于融合中心进行 信噪比比较的认知无线电联合频谱感知算法
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国内研究现状
➢北京邮电大学的虞贵财研究了感知时长和噪声功率波动对联合频谱 感知灵敏度的影响
➢哈尔滨工业大学的石磊提出了基于分布式优化的联合频谱感知算法， 通过对信号和噪声的概率密度函数进行逐步二次规划，可以提高性能
➢美国佛罗里达大学的Jose C P提出联合频谱感知能够产生分集增益， 可以通过改变门限来控制联合频谱感知性能
➢佐治亚理工学院的Jun Ma等人提出了采用软判决的联合频谱感知算法， 算法基于Neyman-Pearson原则能够提高认知无线电的检测概率
➢伦敦国王学院的Stota教授提出了基于放大中继和检测中继的认知无线电 联合频谱感知算法，通过增加中继用户数可以提高检测概率
探测授权用户的能力，感知性能越高认知 无线电能够发现越微弱的授权用户信号
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课题来源及研究目的
课题来源 国家自然基金项目认知无线电中基于图论和博弈论的 联合频谱分配算法研究(编号：61071104)
研究目的 为认知无线电的频谱分配提供先期的频谱感知和频谱空穴的获取
2020/4/2
国外研究现状
认知无线电频谱感知的研究
➢美国佐治亚理工学院的Ganesan博士提出了一种分布式的联合频谱感 知算法，信噪比较高的用户作为中继将感知信息转发给信噪比低的用户
➢韩国首尔大学的Chongjoon You提出了使用TV频段的集中式联合频谱 感知方法，各认知用户独立的采用能量检测法感知授权用户，并通过一 个融合中心收集所有用户的感知信息并作出最终决策
➢美国加州大学智能网实验室研发的采用可升级的分布式频谱共享方案 的Nautilus系统
➢FCC与2005年提出了第一个基于认知无线电的标准化协议IEEE 802.22， 也叫无线区域网 (Wireless Regional Area Networks, WRAN)
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国内研究现状
国内会议和基金
➢2008年5月，北京邮电大学承办了中欧认知无线电研讨会
➢ 2011年中国通信与网络国际学术会议 认知无线电专题
➢973计划、863计划和国家自然科学基金都对认知无线电进行了立项支持
国内频谱感知研究
➢大连理工大学的刘航等人采用循环平稳特征检测法实现了低信噪比 条件下的频谱感知
认知无线电集中式联合频谱感知 算法研究
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课题来源及研究的目的与意义
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国内外研究现状
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频谱感知关键技术
主要内容
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硬判决联合频谱感知算法
5
软判决联合频谱感知算法
6
周期性联合频谱感知机制及其优化
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结论
2020/4/2
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主要内容
1
课题来源及研究的目的与意义
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国内外研究现状
3
频谱感知关键技术
4
硬判决联合频谱感知算法
5
软判决联合频谱感知算法
6
周期性联合频谱感知机制及其优化
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结论
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通信技术研究所
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频谱资源使用不充分
美国0-6GHz频谱资源利用率 的测量结果
绝大多数频段未被充分使用
美国0-6GHz频谱资源的使用情况
高频频段的频谱使用率非常低
频率(GHz) 利用率(%)
2020/4/2
通信技术研究所
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认知无线电频谱感知
频谱感知的作用
➢使无线通信设备具有感知空闲频谱并合理利用的能力 ➢避免对授权用户产生任何干扰
频谱感知挑战
➢快速、准确地检测授权用户是否存在 ➢解决隐终端问题
联合频谱感知的作用
➢对授权用户不同方位的检测，有效地克服隐终端问题 ➢在达到相同检测精度下，可以降低系统对单用户检测灵敏度的要求
通信技术研究所
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国外研究现状
认知无线电系统结构的研究
➢美国国防部制定的下一代通信计划(Next Generation Communication Program, XG)
➢美国佐治亚理工学院提出了基于OFDM的认知无线电宽带频谱池系统
➢美国加州大学伯克利分校和柏林技术大学合作研发的一种利用虚拟无 许可频谱的认知无线电系统
号 作出决策：传输信
无线电环境 （外部环境）
传输调整 推理 数据
频背谱通景空信噪穴量声统计频谱感知 干扰温度
Байду номын сангаас
推理和学习
频谱分析 量化信道容量
FCC
认知循环
认知无线电是一种通过与频谱环境进行交互而改变传输参数 的无线电，它能够采用动态频谱接入的方式使用授权频谱,具 有认知和重配置能力.
2020/4/2
2020/4/2
通信技术研究所
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联合 频谱 感知 分类
频谱 感知 性能 体现
2020/4/2
集中式
认知无线电联合频谱感知
协调控制认知用户
基站获得所有用户的感知信息，检测精度高
分布式
最大化自己的感知性能，合并的信息有 限，检测精度较低
认知用户本身需要融合功能，终端的设计复杂
发现空闲频谱的能力，感知性能越高认知无 线电能够识别更多的空闲频谱