認知無線電頻譜感知技術(shù)研究2(碩士論文)

認知無線電頻譜感知技術(shù)研究2(碩士論文)南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要摘要電磁波頻譜是一種珍貴自然資源,要政府的授權(quán)才能使用。隨著頻譜資源需求的不斷增長和可獲得頻譜的減少,美國決定允許未授權(quán)用戶接入授權(quán)頻段,提高頻譜利用率。一份報告是這種改變的推動因素,固定授權(quán)分配頻來提譜利用率大概只有%%。人們提出認知無線電高頻譜利用率。認知無線電是一智能無線電系統(tǒng),能與周圍環(huán)境交互,改變它的傳輸參數(shù),動態(tài)地利用頻譜資源。認知無線電通過頻譜感知動態(tài)適用周圍的環(huán)境,機會利用無線電頻譜空穴,提高頻譜利用率。頻譜感知是認知無線電系統(tǒng)利用頻譜的關(guān)鍵一步,感知結(jié)果的精確性對系統(tǒng)的性能是至關(guān)重要的。由于每個用戶所處的環(huán)境不同,特別當存在衰落時,單個次用戶的感知結(jié)果無法準確判斷主用戶是否出現(xiàn)。文中提出了一種利用分集和協(xié)作的頻譜感知方案。在該方案中,次用戶利用接收分集技術(shù)來加強對主用戶的檢測,同時它們之間通過協(xié)作來進一步提高頻譜感知的性能。仿真結(jié)果表明,提出的方案極大地提高了認知無線電頻譜感知的性能。提出了干擾溫度的概念,指出只要次用戶對主用戶接收機的干擾小于一個門限值,次用戶就可以接入授權(quán)頻譜。此時次用戶收發(fā)機之間的信道容量影響著次用戶的性能。假設(shè)信道狀態(tài)信息是可準確獲得的,文中研究了在接受干擾溫度限制條件下的衰落信道香農(nóng)容量容量和中斷容量。與固定頻譜接入相比,基于干擾溫度的動態(tài)頻譜接入改善了頻譜利用率。關(guān)鍵詞:認知無線電;頻譜感知;頻譜共享;分集;協(xié)作檢測;干擾溫度;衰落信道;信道容量南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文,.仔.,%%.......,.,,...,南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文.,,..:;;;;;;;南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文縮略語縮略語認知無線電軟件定義無線電動態(tài)頻譜接入網(wǎng)絡(luò)動態(tài)頻譜接入干擾溫度授權(quán)用戶次用戶主用戶皤放大重傳..譯碼重傳最大比合并選擇合并等增益合并頻譜空穴本地振蕩器,服務(wù)質(zhì)量視距父Ⅵ加性白高斯噪聲媒質(zhì)接入控制譜相關(guān)密度譜相關(guān)函數(shù)聯(lián)邦通信委員會功率譜密度南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論第一章緒論.課題研究背景隨著人們對無線通信服務(wù)需求的不斷增長,新的應(yīng)用技術(shù)和高速無線接入的不斷發(fā)展,使得現(xiàn)有的頻譜資源越來越緊張。頻譜資源是一種有限的自然資源,接入受到嚴格的限制。頻譜管理的傳統(tǒng)辦法是頻率規(guī)劃【】,根據(jù)通信的不同把可,用頻譜劃分成不同的頻段。每個頻段分配給固定的授權(quán)用戶:為了保護系統(tǒng)之間的不相互干擾,它們的發(fā)射功率受到嚴格限制。目前不同國家地區(qū)的頻譜分配都有一個共同點,那就是大部分的頻譜已經(jīng)被分配出去。但是對電磁波的使用情況進行測量時發(fā)現(xiàn),很多已經(jīng)分配的頻譜并沒有被充分的利用,圖.是伯克利無線研究中心測量數(shù)據(jù),在一頻段上,利用率只有.%,在,頻段上利用率下降到.%。根據(jù)的報告【】,頻譜利用率在時空上變化范圍從/曠%。一方面對無線頻譜資源的需求不斷增長,導(dǎo)致可用頻譜資源日益緊缺;另一方面,大量授權(quán)無線頻譜卻被閑置或者利用率極低。面對這個局面,近年來研究人員提出了動態(tài)頻譜接入技術(shù),以解決當前頻南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論譜利用率不高的問題。動態(tài)頻譜接入可以通過不干擾授權(quán)用戶或者主用戶:而隨機接入的方式實現(xiàn)不同用戶頻譜共享,提高現(xiàn)存的頻譜利用【】【】【被認為是解決上述無線頻譜低利率。認知無線電:用率實現(xiàn)動態(tài)頻譜接入問題的有效方法。它可以廣泛應(yīng)用于當今和未來的移動通信網(wǎng)、、『【、、各種特定用途的自組織網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)中,提高頻譜利用率,改善通信系統(tǒng)的性能。。當未使用分配給它的頻譜時,就會出現(xiàn)頻譜空穴:認知無線電能夠感知周圍的無線電環(huán)境,特別是感知頻譜空穴,機會的使用未被授權(quán)用戶當前使用的頻譜,實時的改變發(fā)射和接收鏈路參數(shù)來更有效的通信,提高頻譜利用率。認知無線電技術(shù)最早由.博士提出來的,它是對軟件無線電:的進一步的擴展;年月在美國華盛頓召開的會議在需求、初始化、機會和挑戰(zhàn)等方面對展開討論。,,己經(jīng)于年月召開第一次的技術(shù),將會議。.作組目的是使用認知無線電分配給電視廣播的頻帶北美為的頻率用作寬帶訪問線路。一些著名的大學(xué)研究機構(gòu)如,、、、世界各大公司如、、、,一些研究學(xué)會論壇如等也紛紛展開對的研究和應(yīng)用。大學(xué)實驗室正在進行認知無線電平臺的開發(fā)。目前美國國防部的下一代通信網(wǎng)絡(luò)計劃,將研制以認知無線電為核心的系統(tǒng)方法和關(guān)鍵技術(shù),以實現(xiàn)動態(tài)頻譜接入和共享。.論文結(jié)構(gòu)與內(nèi)容安排本文具體內(nèi)容安排如下:本章第一章首先簡述了論文工作的研究背景和和認知無線電的由來。對課題的研究背景進行了簡單介紹。第二章,對認知無線電,頻譜感知和共享技術(shù)進行了全面闡述。介紹認知無南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論線電的研究進展和關(guān)鍵技術(shù),重點介紹認知無線電頻譜感知技術(shù)。隨后介紹了無線衰落信道的相關(guān)知識,為下面的研究打下基礎(chǔ)。第三章,本章重點研究了認知無線電頻譜感知技術(shù),提出了分集與協(xié)作頻譜感知。由于每個用戶所處的環(huán)境不同,特別是存在衰落時,單個次用戶的感知結(jié)果無法準確判斷主用戶是否出現(xiàn)。次用戶之間的協(xié)作可以提高頻譜感知的準確性。利用分集技術(shù)可以提高認知無線電系統(tǒng)頻譜感知的性能。本文提出的單用戶分集和多用戶之間的協(xié)作大大提高了頻譜感知結(jié)果的準確性。第四章研究了在干擾溫度限制條件下,動態(tài)頻譜接入中的衰落信道容量問題。在收發(fā)端都可準確獲得信道狀態(tài)信息和主用戶干擾溫度的限制條件下,研究了衰落信道香農(nóng)容量和中斷容量。第五章,對全文進行總結(jié)并指出今后有待進一步研究的方向。第二章認知無線電和衰落信道南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章認知無線電和衰落信道.引言隨著無線通信中不同網(wǎng)絡(luò)、不同業(yè)務(wù)和不同接入方式的不斷增長,頻譜資源越來越緊缺。提高頻譜利用率,從而進一步提高系統(tǒng)容量和通信服務(wù)質(zhì)量是下一代無線通信亟待解決的問題。認知無線電頻譜共享技術(shù)的研究是一個嶄新的課題,在新一代無線通信網(wǎng)絡(luò)中具有非常廣闊的應(yīng)用前景。認識無線電是提高頻譜電磁波利用率的有效手段。建立在軟件無線電基礎(chǔ)上的認知無線電是一個智能的無線通信系統(tǒng),它能感知周圍的環(huán)境,從外界不斷的學(xué)習(xí),根據(jù)外界的變化改變自己的參數(shù),保證非?？煽康牡耐ㄐ藕皖l譜資源高效利用。頻譜感知是實現(xiàn)認知無線電的基礎(chǔ),它的主要任務(wù)是采取信號處理等手段實現(xiàn)實時、寬帶、低功耗的頻譜環(huán)境感知,識別和辨識主用戶信號,從而有效地利用主用戶產(chǎn)生的時頻空穴。目前最常用的三種實現(xiàn)感知的信號處理方法包括匹配濾波器、能量感知和循環(huán)平穩(wěn)譜估計。認知無線電中的頻譜共享和現(xiàn)存系統(tǒng)的一般技術(shù)類似。在認知無線電網(wǎng)絡(luò)和認知網(wǎng)中,頻譜共享是一個挑戰(zhàn)。我們將簡單介紹認知無線電網(wǎng)絡(luò)和頻譜共享。隨后介紹無限衰落信道的相關(guān)知識,為本文后述研究打下理論基礎(chǔ)。最后是對本章的小結(jié)。.認知無線電研究現(xiàn)狀首先提出的概念,在他的博士論文中提出了一種的體系架構(gòu)和的循環(huán)認知模型,并在論文最后提出了一種簡單的原型系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)。認知無線電,有不同的定義。例如,認為,認知無線電是具有感知能力的無線通信系統(tǒng),感知能力即指無線電從無線環(huán)境中感知捕獲信息的能力;這種能力不單純是指功率監(jiān)控,還包括了識別捕獲無線電環(huán)境的時空變量,由此選擇最佳頻段和適當?shù)牟僮鲄?shù)這樣的能力;和對認知無線電的定義則集中于認知無線電的可重配置功能【】方面,這里的可重配置指無線電根南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章認知無線電和衰落信道據(jù)無線環(huán)境變化動態(tài)編程的能力。綜上所述,認知無線電是一個智能的無線通信系統(tǒng),它能感知周圍無線環(huán)境,通過對環(huán)境的理解、主動學(xué)習(xí)等措施,實現(xiàn)特定的無線工作參數(shù)如功率、載波調(diào)制和編碼等的實時改變,調(diào)整系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài),適應(yīng)外部無線環(huán)境的變化,從而達到通信系統(tǒng)性能的最優(yōu)化。認知無線電能夠在不影響主用戶的前提下智能地利用空閑頻譜并且實現(xiàn)隨時隨地、高可靠性的通信。信號處理、人工智能、軟件無線電、頻率捷變、功率控制等技術(shù)的迅猛發(fā)展為認知無線電系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了可能。從目前的研究來看,不同用戶對同一頻譜資源的共享有三種模式:競爭使用協(xié)作使用基于認知的使用。競爭使用模式在信息理論中已經(jīng)得到充分研究,協(xié)作使用尚研究不多,而基于認知的使用無論是研究還是應(yīng)用都是剛剛開始。認知無線電的認知循環(huán)如圖.所示,它包括個主要步驟【】【】:頻譜感知:監(jiān)控可用頻段并捕獲其信息,根據(jù)無線電環(huán)境的射頻激勵,檢測頻譜空穴,并將空穴信息提供給頻譜決策用。頻譜分析:根據(jù)來自無線電環(huán)境的射頻激勵和頻譜感知提供的頻譜空穴信息,并通過分析頻譜空穴特性,為頻譜決策提供信道容量信息。頻譜決策:根據(jù)頻譜感知提供的頻譜空穴信息和頻譜分析所提供的信道容量信息,認知無線電用戶確定數(shù)據(jù)速率、傳輸方式和傳輸帶寬,根據(jù)用戶需求和頻段特性選取適當?shù)念l段,將要發(fā)送的信號提供給無線環(huán)境。第二章認知無線電和衰落信道南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文在動態(tài)頻譜接入時,已分配給主用戶,但在特定的時間和特定的地理位置而沒有被主用戶占用的頻段,叫做頻譜空穴【。一旦傳輸頻段決定后,用戶可以接入信道開始通信。可是無線環(huán)境隨時間和空間變化,認知無線電需要跟蹤變化,如果當前頻段重新變的不可用,則通過頻譜切換功能‘】【來提供一個無縫的傳輸,環(huán)境改變、主用戶出現(xiàn)、流量改變和用戶移動都會觸發(fā)切換。用戶通過操作頻段、調(diào)制方式、傳輸功率等的改變實現(xiàn)頻譜環(huán)境的自適應(yīng),也就是它的可重配置特性【】。認知無線電最重要的挑戰(zhàn)就是如何共享授權(quán)頻段而不干擾主用戶的傳輸。美國聯(lián)邦通信委員會在年發(fā)布的報告,對頻譜資源使用政策的變化,具有深遠的影響。報告提出的認知無線電工作組于年月在華盛頓成立,隨后年月在美國拉斯維加斯召開了第一次認知無線電方面的學(xué)術(shù)會議,標志著技術(shù)正式起步。年,弗吉尼亞理工學(xué)院的提出了一種基于遺傳算法的模型,它采用了基于遺傳算法的人工智能模型。年月在美國華盛頓召開的認知無線電會議對認知無線電的需求、機會和挑戰(zhàn)等方面進行了研討。著名通信理論專家在年月的通信選題雜志上發(fā)表了關(guān)于認知無線電的綜述性文章【】,為認知無線電技術(shù)的研究指明了方向。年..通過總結(jié)的研究成果,撰寫了基于認知無線電的下一代網(wǎng)絡(luò)的綜述性文章【。一些著名的大學(xué)研究機構(gòu)如、、、和信息與通信方面的跨國公司如、、、以及國際電聯(lián)、論壇如等也紛紛展開對的研究和應(yīng)用。大學(xué)實驗室正在進行認知無線電平臺的開發(fā)。美國國防部高級研究計劃署于年也成立了下一代通信研究項目組,著手研究認知無線電和動態(tài)頻譜管理標準和以認知無線電為核心的無線通信系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù),以實現(xiàn)動態(tài)頻譜接入和共享。該項目組將研制和開發(fā)頻譜捷變無線電,這些無線電臺在使用法規(guī)范圍內(nèi),可以動態(tài)地自適應(yīng)于變化的無線環(huán)境,在不干擾其他無線電臺正常工作的前提下,使可以接入的頻譜范圍擴大近倍。認知無線電的目的首先在于提高頻譜利用率,這不僅是個技術(shù)問題,而且涉及政府法規(guī)方面的問題,因為它要從根本上改變過去無線電資源固定的分配模南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章認知無線電和衰落信道式。美國在年月頒布了新的法規(guī),允許在不影響授權(quán)用戶的前提下,通過認知無線電技術(shù),使用電視廣播頻段中空閑的無線頻譜資源,從而為實現(xiàn)認知無線電的實用化放寬了相關(guān)的政策限制。其它國家如日本也已宣布于年度開始探討該技術(shù),歐洲的德國、英國、意大利、瑞典都有相關(guān)機構(gòu)在開展技術(shù)的研究。到目前為止,認知無線電有多種不同的定義和概念模型以及不同的體系架構(gòu),一些研究成果主要體現(xiàn)在近兩年國際上召開的有關(guān)認知無線電技術(shù)和動態(tài)頻譜分配的重要會議所發(fā)表的論文中。它們分別是年月份在,..召開的認知無線電會議其主要議題包括:緊急的商業(yè)和軍事需求和機會,對于認知無線電的頻譜政策.軍事和商業(yè)要求,從軟件定義的無線電發(fā)展到認知無線電,用于自適應(yīng)頻譜管理的工具和技術(shù),子系統(tǒng)的研發(fā).智能天線、傳感器和接收機,自適應(yīng)調(diào)制和波形技術(shù)、年月份召開的會議其主要議題是基于認知無線電的動態(tài)頻譜分配和接入技術(shù),會議發(fā)表了多篇文章。首屆面向無線網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的國際認知無線電技術(shù)大會于年月在希臘召開,會議探討了與認知無線電相關(guān)的頻譜共享、租借頻段的收費等技術(shù)、經(jīng)濟等問題。和以動態(tài)頻譜接入和認知無線電技術(shù)為專題,繼續(xù)展開對認知無線電頻譜共享技術(shù)的研究和討論。近期通信選題雜志矛通信雜志上以認知無線電和動態(tài)頻譜接入為主題,探討了與認知無線電有關(guān)的一些問題如系統(tǒng)的容量分析、軟硬件平臺和市場實現(xiàn)等,以及分析其性能的相關(guān)數(shù)學(xué)工具博弈論、馬爾科夫鏈等。.認知無線電網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和協(xié)議體系學(xué)術(shù)界和工業(yè)界已經(jīng)提出了一些適用于認知無線電的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu),主要包括:無線區(qū)域網(wǎng)【】:基于.標準的無線區(qū)域網(wǎng)使用未使用的電視廣播信道,在對電視信道不產(chǎn)生干擾的前提下,為農(nóng)村地區(qū)、邊遠地區(qū)和低人口密度且通信服務(wù)質(zhì)量差的市場提供類似于在城區(qū)或郊區(qū)使用的寬帶接入技南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章認知無線電和衰落信道術(shù)的通信性能。在的系統(tǒng)中,基站和用戶預(yù)定設(shè)備是主要實體,轉(zhuǎn)發(fā)器是可選的實體,采用集中式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。.標準包括物理層和層的協(xié)議。支持多信道多接口的無線網(wǎng)絡(luò):支持多信道多接口的無線網(wǎng)絡(luò)按方式或者混合網(wǎng)絡(luò)方式布置。如果網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點具有一個或多個無線電接口如網(wǎng)卡,可同時接入一個或多個無線信道,節(jié)點具有感知無線環(huán)境的功能,可以判斷信道的使用情況,選擇相應(yīng)的信道接入。網(wǎng)絡(luò)【】:提出基于的認知無線電網(wǎng)絡(luò),考慮異構(gòu)環(huán)境的所有可能場景并發(fā)展跨層動態(tài)頻譜接入。】:基于認知無線電方式使用虛擬非授權(quán)頻譜。體系結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)方式實現(xiàn)主用戶的感知和頻譜分配。用戶分組協(xié)調(diào)通信,通過通用控制信道來交互感知和控制信息。物理層和鏈路層通過用于虛擬未注冊頻段的認知無線電方法平臺測試【】【】。在物理層中,與認知無線電技術(shù)相關(guān)的主要模塊包括:頻譜感知、信道估計和數(shù)據(jù)傳輸功能模塊。在鏈路層上,與認知無線電技術(shù)相關(guān)的主要模塊是:組管理模塊,鏈路管理模塊和介質(zhì)接入控制模塊。頻譜池系統(tǒng)】:一個采用的中心式共享架構(gòu),其中移動的認知用戶感知,并在有主用戶出現(xiàn)的子載波上以最大功率調(diào)制一個復(fù)雜的符號,基站接收后分配和共享頻譜資源?！?采用統(tǒng)計復(fù)用接入和協(xié)調(diào)接入,具有捷變特性;中心式頻譜租借機制提供高效頻譜利用率并減小系統(tǒng)復(fù)雜度和滿足靈活性要求。/】:在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中通過通用協(xié)調(diào)信道接入實現(xiàn)動態(tài)頻譜分配。在時間動態(tài)頻譜接入中,使用當前時間未被占用的頻段:在空間動態(tài)頻譜接入中,自適應(yīng)通信中本地流量的波動。椰】:重點強調(diào)分布式協(xié)調(diào)無需中心控制的中繼實現(xiàn)頻譜共享。】等提出了無線認知網(wǎng)絡(luò):】及認知網(wǎng)絡(luò)概念及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。他們認為:無線認知網(wǎng)絡(luò)是一種具有認知能力,能夠感知網(wǎng)絡(luò)當前的狀況,通過自我配置來動態(tài)地自適應(yīng)操作環(huán)境的改變。自我配置的主要功能組成是自我意識第二章認知無線電和衰落信道南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文和自動學(xué)習(xí)?。.認知無線電中的頻譜感知認知無線電的認知循環(huán)中最基本的步驟就是感知頻譜。頻譜感知最有效的方式就是在的通信范圍之內(nèi)檢測主用戶接收機。實際上,有時候很難測量主用戶接收機和發(fā)射機之間的信道,因此大部分研究都建立在主用戶發(fā)射機檢測的基礎(chǔ)上。頻譜感知方式一般包括【】:發(fā)射機檢測、協(xié)作檢測和基于干擾溫度的檢測等。..發(fā)射機檢測發(fā)射機檢測的基本假設(shè)模型可以表示為刪,.?Ⅳ等:翌粵,:門】】】是主用戶的發(fā)射信號取樣。假設(shè)】是譜密度為盯的加性高斯白噪聲的取樣,】~,仃。和風(fēng)分別表示在相應(yīng)頻段上有無主用戶信號出現(xiàn)的假設(shè)。...匹配濾波器檢測在數(shù)字通信信號和雷達信號的檢測中,人們往往采用匹配濾波器【】對信號進行相干檢測,以實現(xiàn)輸出信噪比最大。為了獲得最佳的檢測效果,其輸出信號波形應(yīng)為輸入信號的自相關(guān)函數(shù)。如果接收機知道主用戶的發(fā)射信號刀,匹配濾波器的最佳檢測器為‘】掣仇萎Ⅲ哆:是檢測器的門限值,最佳檢測器需要的取樣值為卅弓一~。南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章認知無線電和衰落信道昂,斥分別是檢測概率和虛警概率。因此最佳檢測器需要的取樣數(shù)量是~。但是它需要主用戶信號的先驗知識,例如調(diào)制方式、沖擊波形和包格式。認知無線電系統(tǒng)可以把這些先驗知識保存在其存儲器中。如果這些信息不準確,檢測性能將會下降。其優(yōu)缺點如下:優(yōu)點:接收信噪比最大化,由于相關(guān)運算耗時較少且可達到較高的處理增益,因此只要信噪比達到一定的門限即可實現(xiàn)檢測【¨。?缺點:需要主用戶在物理層和層的先驗知識,解調(diào)信號需要同步相干檢測,計算較復(fù)雜,因為對于每個特定的主用戶需要一個專用的接收機。...能量檢測能量檢測不同于匹配濾波器檢測,它屬于非相干檢測,它的實現(xiàn)類似于普通頻譜分析儀,通過快速傅里葉變換后在時間上進行平均,最終得到感知的結(jié)果,如圖?所示。能量檢測器不需要主用戶信號的先驗知識,只需知道背景中的高斯白噪聲功率。通過帶通濾波器接收,計算出接收到信號的能量,根據(jù)設(shè)定的門限閾值得到判決結(jié)果。能量檢測器可以表示為?丁】,∑Ⅵ,,阿。,。一【。弓一。。姍~一。昂之?因此最佳檢測器需要的取樣數(shù)量是~。其優(yōu)缺點是:?優(yōu)點:非相干檢測,簡單易用,采用更長的可以減小噪聲,提高,是目前最主要的檢測主用戶的手段。?缺點:主用戶檢測閾值易受未知和改變的噪聲電平影響,魯棒性較差;無法區(qū)分調(diào)制信號、干擾信號和噪聲信號,而且無法利用干擾對消;不能用于擴頻信號包括直接序列擴頻和調(diào)頻信號的檢測。南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章認知無線電和衰落信道由于能量檢測法比較容易實現(xiàn),文獻集中在能量檢測器上考慮如何減小基于能量檢測的感知時間?！局锌紤]了檢測信號同時受陰影和多徑衰落影響的情況?！炯杏懻摼哂性肼暫透蓴_的頻譜感知,并從折衷的角度考慮多個感知用戶之間的協(xié)調(diào)和單個感知復(fù)雜度之間的關(guān)系:由于噪聲和干擾的不確定性成為影響主用戶魯棒性檢測中重要的限制,通過臨近節(jié)點之間的協(xié)調(diào)可以減小這種不確定性,提高檢測率;如果檢測形式比較簡單則需要協(xié)調(diào),這種協(xié)調(diào)增加了總的感知花費開銷,可通過在協(xié)調(diào)收益和感知復(fù)雜度之間折衷來獲得良好的檢測效果。。...循環(huán)平穩(wěn)檢測、堅/.。丁由于調(diào)制中通常將正弦波作為載波,所涉及的脈沖序列、重復(fù)擴頻、調(diào)頻序列或者循環(huán)前綴將導(dǎo)致其內(nèi)在的周期性。我們可以利用這種周期性來進行參數(shù)估計,如載波相位、脈沖定時或者脈沖到達等。這種內(nèi)在的周期性稱為循環(huán)平穩(wěn)特性。一方面,循環(huán)平穩(wěn)特性常用于檢測有背景噪聲或者其他調(diào)制信號的環(huán)境中某種特定調(diào)制類型的隨機信號,這種檢測基于自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度。另一方面,循環(huán)平穩(wěn)信號展示了由于周期性造成的頻譜冗余,寬帶的分離頻譜分量之間的相關(guān)性。信號序列譜相關(guān)的重要參數(shù)是譜相關(guān)密度和譜相關(guān)函數(shù)。函數(shù),的譜相關(guān)函數(shù)定義如下【】南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章認知無線電和衰落信道?疋廠訇木,廠一詈西%廠血艦恕古一~』/:弘函數(shù)的譜定義為?以,研,譜相關(guān)同樣定義為循環(huán)譜,不像功率譜密度是實值一維變換,是二維復(fù)值變換,且參數(shù)口叫做循環(huán)頻率。功率譜密度是譜相關(guān)函數(shù)中口的特定情況。首先通過/變換得到數(shù)字信號,在進行點后進行自相關(guān)運算,并在時間上求平均,最終得到感知結(jié)果。特征檢測指的是信號調(diào)制類型、符號速率和干擾的檢測等。本質(zhì)上,由于調(diào)制的信號具有循環(huán)平穩(wěn)性,而白噪聲的自相關(guān)函數(shù)為零,所以分析其譜自相關(guān)函數(shù)即得信號特征。這種方法的優(yōu)缺點是:?優(yōu)點:信號冗余的突出特征使得信號有了選擇的余地。在域信號分析中保留了與調(diào)制信號中的定時參數(shù)有關(guān)的相位和頻率信息。在中重疊的特征在中是不重疊的,不同的調(diào)制信號雖有相同的但有不同的,而且平穩(wěn)噪聲和干擾沒有顯現(xiàn)出譜相關(guān)特性。抗噪聲性能好,不受噪聲功率不確定性因素的影響。從】中可以看出,循環(huán)平穩(wěn)檢測比能量檢測有更好的魯棒性。?缺點:計算量大,需要很長的觀察時間。..協(xié)作檢測協(xié)作頻譜感知利用信道的廣播特性和空間分集特性?！恳呀?jīng)研究了系統(tǒng)中使用正交傳輸?shù)膮f(xié)作機制。研究了各種協(xié)作協(xié)議,包括一種固定中繼協(xié)議,中繼節(jié)點可以是模擬式的放大轉(zhuǎn)發(fā):..或者數(shù)字式的譯碼轉(zhuǎn)發(fā):..。由于多徑和陰影衰落影響了檢測信號的接收強度,而協(xié)作頻譜感知可以緩解上述問題。協(xié)作感知依賴于不同位置和不同信號強度的分集。多個認知用戶相互交換信息,比單個用戶感知能提供更好的主用戶感知效果,即多個用戶通過各自的局部觀察,得到微弱的發(fā)射機信號,共同參與主用戶的檢測。協(xié)作檢測可以通過中心式或分布式兩種方式來實現(xiàn)團】。中心式協(xié)作檢測中由南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章認知無線電和衰落信道基站或接入點采集各節(jié)點感知信息,之后融合分析處理,再通過下行鏈路通知各節(jié)點;而分布式協(xié)作檢測,由局部節(jié)點實現(xiàn)感知信息分析處理,節(jié)點間通過通用控制信道交換共享環(huán)境感知信息。其優(yōu)缺點是:?優(yōu)點:協(xié)作檢測比單用戶檢測提高檢測率,能夠減小陰影和多徑衰落的影響】,效果要更好,更準確的檢測主用戶。?缺點:增加了工作量,花銷更大,有可能產(chǎn)生擁塞,不能確定主用戶接收方的位置。由于主用戶與認知用戶之間缺少信令交互,對主用戶發(fā)射機檢測的假定是基于主用戶接收機位置未知的。因此認知用戶只能依賴于局部觀察的微弱主用戶發(fā)射機信號。協(xié)作感知雖然提高了主用戶的檢測率,但它仍然是針對主用戶發(fā)射機的檢測,由于缺乏主用戶接收機信息所以不能完全避免干擾,而且發(fā)射機檢測模型不能避免隱藏節(jié)點問題,因此還是未能解決主用戶接收機檢測的問題,也就無法完全避免對主用戶的干擾。..基于干擾溫度的檢測年為了控制頻譜接入,提出了一個新的度量:干擾溫度【】。不同于前面的方法,從主用戶接收機檢測的角度出發(fā),可以通過干擾溫度【】實現(xiàn)對主用戶接收機的干擾的控制。干擾溫度在文獻】中被定義為主用戶被用戶干擾的部分。當前無線環(huán)境是以發(fā)射機為中心的,距離發(fā)射機一定距離的信號功率在設(shè)計中要求達到一個噪聲底限,以降低可能的干擾。但是,由于新的不可預(yù)料干擾源的出現(xiàn),射頻噪聲底限可能升高,因而引起信號覆蓋范圍減小。為防止這種可能性,推薦了一種對干擾的評價方法,也就是從單純的接收機對干擾進行測量【】,向發(fā)射機和接收機之間自適應(yīng)實時交互測量的方向轉(zhuǎn)變,這種變化導(dǎo)致對干擾給出了一個新的度量,叫做干擾溫度,如圖.所示。乃五,:駕粵其中為波爾茲曼常數(shù),等于.×./,為相應(yīng)帶寬,.是中心頻率,另,為干擾功率由內(nèi)部噪聲源和外部射頻能量累加產(chǎn)生,用于量化和管理無線環(huán)境的干擾源,而且干擾溫度界限提供了特定頻段和特定地理位置射頻環(huán)第二章認知無線電和衰落信道南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文境的最惡多情形的描述。在干擾溫度界限內(nèi),接收機期望能滿意地工作。給定任意一個頻帶,只要不超出干擾溫度,則該頻帶就可以被用戶使用,干擾溫度限將作為該頻帶功率的上限。旨%∞、科刪輻\\既?‘~~歹\鼽‘鼻.,、觸。叼℃≯呻一.:∑對于認知無線電,接收機提供可靠的干擾溫度的譜估計非常重要,可以使用多窗方法來估計干擾溫度的功率譜,多窗譜估計聯(lián)合奇異值分解【】為估計射頻環(huán)境中噪聲底限的功率譜提供了有效的方法?；诟蓴_溫度的檢測即基于主用戶接收機的檢測,允許系統(tǒng)有干擾,但只要干擾在被允許的范圍之內(nèi)就可以。類似于的擴頻思想,發(fā)射功率極小則可被認為是噪聲,但前提必須知道主用戶接收機的相對位置。其優(yōu)缺點是:優(yōu)點:可以完全控制對主用戶的干擾。缺點:必須提前知道主用戶接收機的相對位置;沒有考慮多個用戶同時傳輸引起的累加干擾的影響。文獻】中提出一個直接的接收機檢測方法,通過利用主接收機前端的本地振蕩器的泄漏功率來檢測主接收機,判定信道是否被占用。在】中分析干擾溫度模型的可用性并且發(fā)展了一個基于干擾溫度的媒質(zhì)接入?yún)f(xié)議。用戶在通信之前先測量該頻段當前的干擾溫度,可達到一個期望容量而不干擾主用戶即不超出干擾溫度界限。最終一個物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的實現(xiàn)被提出、分析并仿真。對于一個確定的地區(qū),應(yīng)該設(shè)定一個干擾溫度門限值乃,這個值是此地區(qū)某頻段上授權(quán)用戶接收機容忍的最大干擾。使用此頻段的所有未授權(quán)用戶,它南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章認知無線電和衰落信道本身產(chǎn)生的干擾加上原有干擾必須保證小于授權(quán)用戶接收機處的干擾溫度門限值互。根據(jù)對和是接收機還是收發(fā)機的參數(shù),干擾溫度模型可以分成兩類:理想模型在干擾溫度理想模型中,信號的中心頻率是,帶寬是。假設(shè)用戶的平均發(fā)射功率是,【正一/,/】頻段內(nèi)重疊個授權(quán)信號,每個信號的中心頻率和帶寬分別是和,,,..?挖。干擾溫度理想模型保證為礎(chǔ)四警矧肌.代表發(fā)射機到接收機之間的信道由于衰落和路徑損耗所產(chǎn)生乘性衰減系數(shù)。這就保證了所有的用戶對接收機產(chǎn)生的干擾溫度都小于門限值。廣義模型廣義干擾溫度模型是假設(shè)對無線射頻環(huán)境沒有先驗知識,因此也就無法知道授權(quán)用戶的中心頻率和帶寬,也不能把授權(quán)用戶信號從干擾和噪聲中區(qū)分出來。如果在【/,/】內(nèi)檢測到主用戶信號,只要保證下面一個不等式成立乃,瓦萬≤瓦丘。和是用戶的中心頻率和帶寬。干擾溫度可以規(guī)定為帶寬函數(shù):乃,去,.一去篇耽一口,其中,代表當前無線射頻環(huán)境的功率譜密度。干擾溫度與發(fā)射概率和帶寬有關(guān),根據(jù)兩種模型的約束約束條件,可以計算出相應(yīng)的帶寬和功率的約束條件。下面假設(shè)帶寬已知,分析兩種模型功率的限制條件。對于理想模型,式子?可以直接轉(zhuǎn)化為第二章認知無線電和衰落信道南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文尸≤魯瓦∽一:乃,鯽,≤≤刀假設(shè)在帶寬為的頻段上有個中心頻率為廠帶寬為乓的授權(quán)用戶信號。若則尸≤已雙,即發(fā)射功率小于無線電的最大發(fā)射功率。若,則功率應(yīng)滿足咫卸,。魯枷柚對于廣義模型,由式子?直接得到功率的限制條件:≤等姒一面?;;/.認知無線電的頻譜共享動態(tài)頻譜接入和動態(tài)頻譜管理、動態(tài)頻譜分配、機會頻譜接入等是類似的概念。其主要目的是有效利用空閑頻譜,實現(xiàn)頻譜共享。頻譜共享技術(shù)可分為三類【】:網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、頻譜分配方式和頻譜接入方式。按照網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分,頻譜共享技術(shù)可分為中心式和分布式;按照頻譜分配方式分,可分為合作式和非合作式;按照接入方式分,可以分為覆蓋式和平鋪式。認知無線電系統(tǒng)的頻譜共享必須考慮三方面的問題:一是認知無線電用戶對主用戶的干擾問題,二是認知無線電用戶之間的干擾問題,三是認知無線電系統(tǒng)的效益和用戶間的公平性問題.認知無線電用戶的頻譜感知信息是不斷變化的,次用戶要根據(jù)自己的要求選擇最合適的頻譜,因此要對頻譜感知信息進行分析和決策。頻譜分析就是對頻譜空穴進行描述,不但要考慮它的時變特性,還要描述它所對應(yīng)的主用戶的活動性和這個頻段的信息,如信道容量、路徑損耗、延遲和保持時間等。要求除容量、延遲、保持時間、無線鏈路差錯【之外,還包括規(guī)則禮儀比如公平性、代價和規(guī)費等、主從退讓次數(shù)【】【等。頻譜決策就是根據(jù)次用戶的要求,確定它的傳輸模式、時延和帶寬等,選擇符合某種規(guī)則的最佳頻譜。文章】假設(shè)每個信道的容量是相同的,提出了五種規(guī)則,并在復(fù)雜度和通信開銷以及系統(tǒng)性能之間進行折衷,推導(dǎo)出基于這些規(guī)則的每個用戶頻譜分配的更低界。次用戶使用的當前頻譜信道變壞或者主用戶出現(xiàn),就產(chǎn)生頻譜移動性問題。南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章認知無線電和衰落信道此時次用戶還要進行頻譜切換。頻譜共享的算法設(shè)計如下:通過無線場景感知建立頻譜空穴檢測,根據(jù)感知結(jié)果調(diào)節(jié)各個發(fā)射機功率輸出,以適當?shù)恼{(diào)制編碼策略選擇最合適的頻段進行可靠的通信,自適應(yīng)時變的無線射頻環(huán)境,實現(xiàn)與主用戶之間以及與間的頻譜共享【。從協(xié)議層面,頻譜共享可以看作是媒體接入控制的問題。這個領(lǐng)域目前研究主要集中在基于馬爾科夫鏈以及半馬爾科夫鏈、隱馬爾科夫鏈等數(shù)學(xué)模型的接入性能分析上,另外基于感知信息的/機制也是頻譜共享和頻譜接入研究的熱點。一般而言,由于主用戶的優(yōu)先級比用戶高,當主用戶出現(xiàn)時,需要進行頻譜的切換。頻譜的切換來自于兩個原因:主用戶出現(xiàn)時用戶退避讓出信道,選擇其他的信道來傳輸,以保證主用戶正常的通信,維持用戶的通信;信道狀況變差或者有更好的信道出現(xiàn)時,也要進行用戶的切換。此時切換或者退避的目的是平滑傳輸,最小化更改信道引起的性能損失,改善用戶通信質(zhì)量。切換會產(chǎn)生傳輸延遲,這可能會對通信質(zhì)量造成影響,因此,切換后傳輸參數(shù)將由舊的參數(shù)轉(zhuǎn)向新參數(shù),需要快速地執(zhí)行切換。另外,對于數(shù)據(jù)通信,切換時存在丟包可能,所以需要存儲數(shù)據(jù)包,這可以采用堆棧來實現(xiàn)【。切換問題也是未來研究的重點?！渴状翁岬搅送吮軝C制即切換算法,他簡單地從頻譜環(huán)境的短期統(tǒng)計和長期統(tǒng)計來區(qū)分主用戶出現(xiàn)和信道狀況變差這兩種情況。而文【則考慮一旦切換所引起上層協(xié)議變更時,以及切換所面臨的挑戰(zhàn)發(fā)生在保留頻帶中,如何選擇最佳的接入,如何減小切換帶來的延遲和損失,如何保證時域中的頻譜特性最合適的頻段也在不斷變化中不受移動性干擾,保證要求等。.無線衰落信道無線信道是決定無線通信質(zhì)量的關(guān)鍵因素。不同于有線通信信道的穩(wěn)定和可預(yù)測性,無線信道是不斷變化的。移動通信中發(fā)射機和接收機的移動速度,它們之間的地形,以及天氣等等原因都會影響信道質(zhì)量【】。南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章認知無線電和衰落信道..散射函數(shù)和相關(guān)的信道參數(shù)衰落多徑信道通常被描述成時變線性系統(tǒng),它的沖擊響應(yīng);或者頻率響應(yīng);是時間的寬平穩(wěn)隨機過程。信道沖擊響應(yīng)或者頻率響應(yīng)的時變性導(dǎo)致經(jīng)過信道傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生多普勒擴展。多徑傳輸導(dǎo)致傳送的信號在時間上擴展。衰落多徑信道可以描述為在時間和頻率上都擴展的信道。假設(shè)通過多徑傳輸信道,不同時延的的信號是不相關(guān)的,可以使用散射函數(shù),力描述這種雙擴信道。,兄提供了信道平均功率輸出的度量,是延時和頻偏兄的函數(shù)。,兄在頻偏見上進行積分得到信道延遲功率譜為?;旯矽力疋五;兄渺≮值不等于零,此時的范圍叫做信道多徑擴展乙。同理,磚五的值不等于零,此時兄的范圍叫做信道多普勒擴展吃。多普勒擴展飭反映了信道沖擊響應(yīng)在時間上的變化快慢。島越大,信道沖擊響應(yīng)變化越快。信道相干時間。定義為乙瓦因此,慢衰落信道的相干時間大,快衰落信道的相干時日。從信道相關(guān)函數(shù)和多普勒功率譜嚴格推導(dǎo)出了上式的關(guān)系。同樣的方法,信道相關(guān)帶寬%定義為%%表示受到信道沖擊影響的帶寬,也就是在這個帶寬上,衰落是高度相關(guān)的。乙吃的乘積是信道的擴展因子。如果:,,島,信道是欠擴展的;相反是過擴展南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章認知無線電和衰落信道的。一般的,如果乙島《,信道沖擊響應(yīng)很容易測量,測量結(jié)果可以運用到接收信號的解調(diào),或者發(fā)射機用來優(yōu)化發(fā)射信號。當乙易時,信道沖擊響應(yīng)的測量是非常困難和不可靠的。..頻率非選擇性信道:乘性信道模型信道上傳輸?shù)牡刃У屯ㄐ盘柺?門是其頻域變換。接收信號等效低通表達式是?;?,日;廠Ⅸ;廠Ⅸ一Ⅲ假設(shè)門的帶寬‖遠比信道的相干帶寬小,即《%。因此通過信道傳輸?shù)男盘査蓄l率成分經(jīng)歷了相同的衰減和相移。這就意味著在信號的帶寬形內(nèi),信道的時變轉(zhuǎn)移函數(shù);廠在頻域內(nèi)是一個常量。這樣的信道是頻率非選擇性或者慢衰落信道。當信道是頻率非選擇性時,接收的等效低通信號變成刎棚;’口‘’?其中,;似¨,表示包絡(luò),秒表示等效低通信道沖擊的相位。由此可以看出來,頻率非選擇性信道對傳輸信號有乘性干擾。由于信號帶寬《%/,信道的多徑成分是不可分辨的。圖?解釋了乘性信道模型。;廣?:南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章認知無線電和衰落信道
.廠、,丫叩圖乘性信道模型如果傳輸信號的持續(xù)時間遠小于信道的相干時間,即瓦《,頻率非選擇性信道也叫慢衰落信道。也就是五《擊或者飭《專。一般化,信號帶寬《/,在慢衰落,頻率非選擇性信道是欠擴展的。如果≥乙成立,這樣的信道是快衰落信道。..頻率選擇性信道:抽頭延時線信道模型如果信號門的帶寬比信道的相干帶寬%大,廠信號中大于%的頻率成分的增益和相移就會不同。這樣的信道是頻率選擇性信道。由于;的時變性導(dǎo)致額外的失真。當≥%,信道沖擊響應(yīng)延遲分開至少/‖的多徑成分是可分辨的。接收的可分辨信號成分可以使用取樣定理表示。這樣時變信道沖擊響應(yīng)可表示為
?,;∑./相應(yīng)的時變轉(zhuǎn)移函數(shù)是工;廠%咖”向礦其中,是第個多徑成分的復(fù)值信道增益,三是可分辨路徑分量的數(shù)量。多南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章認知無線電和衰落信道徑擴展是乙,多徑的時間分辨率是/氣二可表示為三帆沖擊響應(yīng)為;∑./的信道可以表示為抽頭延遲線,有三個抽頭,復(fù)值時變的抽頭系數(shù)是。,。圖?是適合頻率選擇性信道的抽頭延遲線信道模型。隨機時變抽頭增益也可以表示為,,....,工巳%胞‘¨,?%,代表幅度,皖表示相應(yīng)的相位。通常,時變抽頭增益厶,是一個不自相關(guān)的復(fù)平穩(wěn)隨機過程,自相關(guān)函數(shù)為九【三巳】,刀,,?.,三多普勒功率譜為?最五
吮..甌而習(xí)匕劃圖抽頭延遲線信道模型南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章認知無線電和衰落信道..衰落信道的統(tǒng)計模型有幾種概率分布可運用到衰落信道統(tǒng)計特性的模型。通過信道傳送到接收機的信號的散射分量數(shù)目很大,如電離層和對流層的信號傳播,使用中心極限定理可以得到信道沖擊響應(yīng)的高斯過程模型。若該過程是零均值的,那么信道響應(yīng)的包絡(luò)具有瑞利分布,相位是在,上均勻分布的。即包絡(luò);的概率密度函數(shù)是一,加,廠≥,.百其中,瑞利分布完全由參數(shù)唯一確定。對于頻率非選擇性信道,包絡(luò)簡化為信道乘性增益的幅度口,?對于頻率選擇性衰落信道,每個抽頭增益的幅度是服從瑞利衰落的。描述信道沖擊包絡(luò)另一個統(tǒng)計模型是納卡伽米?分布。分布的是滬高≯”?~。?分布由參數(shù)和衰落因子共同確定,且朋????,么一、朋:箬而,/一】?分布對觀測信號統(tǒng)計數(shù)據(jù)匹配更加靈活和精確。?分布能用來對比瑞利衰落更加苛刻的衰落信道進行建模,瑞利分布是它的一種特殊情況:。?分布最適合用于郊區(qū)無線多徑信道接收的數(shù)據(jù)信號【。分布也是用來描述衰落多徑信道傳輸信號的兩參數(shù)分布模型,該分布適合建模高斯衰落信道,信道沖擊響應(yīng)由非零均值分量。分布戶砑是縱,手厶》其中,表示非衰落信號分量中的功率,盯是相應(yīng)零均值高斯分量的方差。當時,分布簡化為盯/的分布。分布非常適合視距?南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章認知無線電和衰落信道通信模型,一個直達信號分量加上其它延遲不同的二次反射多徑信號分量。,和?分布是衰落多徑信道最常用的統(tǒng)計模型。..信道容量符號薯出現(xiàn)的概率為薯,信息熵日定義為?一∑薯:‘假設(shè)信道輸入輸出符號集分別是和】,。,】,的互信息定義為?,,;,善一,乃,。;暑等量;毫:與,,,,、一,,,\一,,信道容量是指信道能傳送的最大信息量。..定義了時不變信道的容量【【】為,;功?找到某種概率分布,使得互信息最大,該最大值就是信道所能傳送的最大信息量,即信道容量。高斯信道容量是【爭對于衰落信道,由于信道是不斷變化的,因此信道容量是不確定的。如圖?所示的衰落信道,假設(shè)發(fā)射機和接收機均知道信道狀態(tài)信息?！?’.址...圖時變信道框圖南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章認知無線電和衰落信道..分集接收技術(shù)由于存在多徑效應(yīng)與時變性,無線衰落信道中的信號很容易受到嚴重的衰減,使得傳輸性能變得很差。在信道中,要把誤碼率從‘降到。,信噪比可能僅需增至個就可以了,而在無線衰落信道中要付出大約的代價【陽】。這種衰減使得接收端不可能正確地判斷發(fā)送信號,除非有其它衰減程度較小的信號副本提供給接收機,這種方法稱為分集。分集技術(shù)根據(jù)獲得獨立路徑信號的方法可分為時間分集、頻率分集和空間分集等。時間分集通過采用時間交織與信道編碼,在時間域內(nèi)提供信號的副本;頻率分集通過在不同的載波頻率上發(fā)送符號,在頻率域內(nèi)提供信號的副本;空間分集是利用多個天線來實現(xiàn)的。為獲得好的分集效果,時間分集要求發(fā)送冗余信號的若干時隙之間相互獨立,頻率分集要求幾個載波頻率之間相互獨立,而空間分集為保證多個發(fā)送或多個接收信號之間的獨立性,要求各個天線之間的距離要足夠大。只要被分集的幾個信號之間是統(tǒng)計獨立的,那么經(jīng)適當?shù)暮喜⒑缶湍苁瓜到y(tǒng)性能大為改善。分集接收合并技術(shù)有:最大比合并,等增益合并和選擇性合并。.本章小節(jié)本章首先介紹了當前認知無線電的研究狀況,包括認知無線電架構(gòu)和認知網(wǎng)。然后重點介紹了頻譜感知,從信號處理方面闡述了發(fā)射機檢測、協(xié)作檢測、主用戶接收機檢測。簡單介紹了認知無線電的頻譜共享,頻譜共享階段,次用戶利用感知信息和本身傳輸要求,選擇合適的中心頻率和帶寬進行通信。本章最后簡單的介紹了無線信道模型和統(tǒng)計特性,信道容量以及抗衰落分集技術(shù),為后面.的研究打下理論基礎(chǔ)。南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章認知無線電中的分集與協(xié)作頻譜感知第三章認知無線電中的分集與協(xié)作頻譜感知.引言根據(jù)的報告,固定授權(quán)分配頻譜利用率大概只有%%。因此頻譜資源并不絕對短缺,而是使用效率不高。因此,解決頻譜短缺的有效辦法是機會地利用未被使用的頻譜。認知無線電是解決頻譜短缺問題的有效方案。認知無線電是一智能無線通信系統(tǒng),能感知學(xué)習(xí)外在的環(huán)境,動態(tài)改變通信參數(shù)如傳輸功率、載波頻率、調(diào)制方式等,在不影響主用戶的前提下通過頻譜感知,機會利用頻譜。認知無線電的首要任務(wù)是頻譜感知。頻譜感知就是監(jiān)測可獲得的頻譜段,檢測頻譜空穴。在認知無線電中,對主用戶的可靠感知是至關(guān)重要的。一方面,它保證次用戶對主用戶造成最小的干擾;另一方面,能增加次用戶的容量。頻譜感知可以對主用戶發(fā)射機進行檢測,也可以對其接收機進行檢測【】。目前研究方向大部分是對主用戶發(fā)射機進行檢測。主要方法有循環(huán)平穩(wěn)特征值檢測】,匹配濾波器檢測【,能量檢測【】【】,相關(guān)檢測【,小波變換方法【】等。每種檢測方法各有優(yōu)缺點。當主用戶的信號對次用戶是己知的時候,匹配濾波器是最佳的,它最大化接收輸出的信噪比,但是要預(yù)先知道主用戶信號。能量檢測實現(xiàn)起來最簡單,但是能量檢測器易受到噪聲不確定因素的影響。循環(huán)譜檢測可以區(qū)分信號和噪聲,因為噪聲是寬平穩(wěn)的,譜相關(guān)函數(shù)為零,但其計算量大且需要更長的觀測時間。頻譜感知方法的性能會受到接收信號強度的限制,因為信號經(jīng)過傳輸有時會受到多徑、陰影、衰落等影響,導(dǎo)致次用戶接收到的信號非常微弱。在這種情況下,協(xié)作頻譜感知能夠提高頻譜檢測率,減少