认知无线电频谱合作检测技术

认知无线电通过灵活地感知环境的变化,探测暂时末被使用的频谱孔,为未授权用户提供接入机会,大大地提高了频谱利用率,被认为是当前解决频带使用拥挤的最佳方案。频谱检测是认知无线电中极其重要的环节,目前频谱检测技术的研究主要包括两方面:非合作检测和合作检测。本文重点介绍认知无线电频谱检测的合作检测方式、系统模型、监测协议、检测机理及常用的检测算法等,并总结了目前频谱检测技术中有待解决的一些关键问题和技术。     

感知无线电的关键问题研究

感知无线电技术是在软件无线电技术基础上发展起来的一种新的智能无线通信技术,是软件无线电技术的扩展,它使软件无线电从预先定义协议的盲目执行者转变成为无线电领域的智能代理.感知无线电虽具有独特的优点,但技术并不成熟,本文对感知无线电的无线传输场景分析、信道状态估计及其容量预测、功率控制和频谱管理,无线电知识描述语言等关键问题进行了探讨,希望能够对相关工作的开展提供一些参考.     

一种低速采样的协同宽带频谱感知方法

频谱感知是通信系统抗干扰和智能化的关键能力。针对认知无线电系统窄带频谱感知技术受制于数模转换器件的发展水平,难以解决认知无线电系统宽带、实时频谱感知的问题,提出一种多节点协作的认知无线电系统宽带频谱感知方法。该方法设计由多个认知节点对目标频段执行次奈奎斯特采样来降低采样速率,采用能量检测方式对采样矢量进行集中式融合判决,实现宽频段范围内干扰信号的谱定位和判断,降低各个感知节点的采样速率,支撑认知网络系统构建高实时、宽频带频谱感知的能力。计算机仿真试验结果表明,所提方法达到90%检测概率时压缩比要求为0.025,具有可靠性与有效性。     

新的感知无线电信道模型及容量分析

在无线电发展领域，感知无线电技术类似一颗璀璨的启明星，带给我们又一个崭新的希望。观其本身，它的优点有很多，它能对周围的环境进行自动地检测，还能为了适应周围的环境的变化，智能地对系统参数做必要的调整。除此之外，它还能对空闲频谱资源加以利用进行通信。到目前为止，对感知无线电技术的研究已经迈上了更高一层的台阶。在欣喜之余，我们还要看到感知无线电信道研究领域出现的新苗头，即感知无线电信道模型建立。本文就针对新的感知无线电信道模型及容量来进行分析。     

无线电技术及其在短波选频中的应用

随着无线电设备的广泛使用,频谱资源的稀缺显得尤为明显,在短波选频中,这种现象更加严重,因此,认知无线电技术作为一种能够提高频谱利用率的新技术,是无线电技术新的突破和发展。主要介绍了认知无线电技术的原理,并针对现有短波通信选频的方法和其在短波选频中的应用进行分析和介绍。     

频谱感知技术在短波通信中的应用

为了提高短波通信的频谱利用率,需要对短波频谱进行实时准确的频谱感知.针对短波信道特点,对几种频谱感知方法能否适用于短波通信系统进行了分析.结合国内外军用认知无线电的发展,并充分利用能量检测速度快、循环谱特征检测精度高的优点,提出了一种能量和循环谱特征联合检测的方法,并给出了基于感知技术的短波电台的基本架构,为缓解短波信道资源紧张提供了一条途径.     

认知无线电的关键技术综述

自从十九世纪末无线电发明至今,无线电技（CognitiveRadio,CR）已经深刻的改变了人类的生产和生活方式,无线电技术被广泛应用于广播、辨识、导航、雷达、加热、动力、遥距操控、天文学等方方面面,随着世界上无线通讯的需求的不断增长,对无线通信技术支持的数据传输速率的要求越来越高,另一方面,已经分配给现有很多无线系统的频谱资源却在时间和空间上存在不同程度的闲置。因此,人们提出采用认知无线电（CR）技术,通过从时间和空间上充分利用那些空闲的频谱源,从而有效解决上述难题。本文基于认知无线电在无线通信中的重要作用,介绍认知无线电的概念,总结了认知无线电的基本特征,分析了软件无线电和认知电之间的关系,概述了认知无线电的应用情况,讨论了认知无线电涉及的关键技术,指出了开展认知无线电技术研究的重要意义。     

认知无线电的发展与应用

频谱资源的有效利用成为无线通信的一个重要问题和制约无线通信发展的新瓶颈.认知无线电(Cognitive Radio, CR)技术进一步扩展了软件无线电(SDR)的功能,成为解决频谱资源匮乏问题的有效方法.基于认知无线电在无线通信中的重要作用,介绍了认知无线电的概念,总结了认知无线电的基本特征,分析了传统无线电、软件无线电和认知无线电三者之间的关系,概述了认知无线电在民用和军用领域的应用情况,讨论了认知无线电涉及的关键技术,指出了开展认知无线电技术研究的重要意义.     

随机共振在认知无线电频谱感知中应用的最新研究进展

频谱感知是认知无线电网络的一项关键技术。低信噪比（SNR）环境下频谱检测的性能会大 幅降低,而随机共振（SR）能 有效提高信号信噪比,所以将其应用到频谱感知中,能增强认知用户对主用户（PU）的检测 性能。〖JP2〗首先介绍了随机共振在认知无线电频谱感知中应用的最新研究进展,包括随 机共振在 本地感知中（如能量检测、协方差矩阵频谱感知、循环平稳特征检测）及协作感知中的应用 ,然后指出了随机共振在认知无线电频谱感知中还有待解决的问题,并提出了下一步的研究 方向。     

一种新的自适应跳频通信系统

结合认知无线电中的频谱感知技术，提出了一种基于射频电磁环境检测改变跳频集的自适应跳频通信系统。该系统通过在发射端检测频谱空洞自适应调整跳频集使系统实时回避被干扰的频点。构建了系统的仿真模型，并在蓝牙、802．11和无绳电话共存的射频环境中对系统性能进行了仿真。结果表明：采用该文提议的技术，基于频谱空洞检测的自适应跳频系统在与802．11和无绳电话冲突时能更可靠有效地工作。这一研究结果对于通信系统共存有重要意义。     

战术认知无线电网络架构设计

认知无线电技术具有智能电磁频谱感知、干扰避免和动态频谱接入的能力,因此利用认知无线电技术可以提升战术网络的性能。由于战术作战的复杂性,需要建立适用于战术任务的认知无线电架构。首先分析了战术通信的特点和认知无线电技术在战术网络中的运用,以及目前国外战术认知无线网络的建设情况。结合战术通信网络移动性高、电磁对抗复杂的特点,利用对抗环境下的战术网络结构和模型,提出了分层的战术认知无线电网络结构以及面向作战任务的网络管理方法,形成拓扑结构分层次、管理运行分阶段的网络架构。该网络架构均衡考虑了网络的灵活性和稳定性,适用于动态变化的战术网络,为认知无线电在战术通信中的技术应用和网络设计提供了参考。     

2007年最值得期待的十大热门半导体技术

一、认知无线电技术（Cognitive Radio） 从FDMA到TDMA再到如今的CDMA、UWB,飞速演进的无线技术让我们眼花缭乱,但是,伴随无线技术的高歌猛进,有一种矛盾显得日益突出, 这就是如何更有效地利用频谱资源的问题。认知无线电技术就这样应运而生，它可以实现通信和传感器系统中的动态频谱应用。2004年10月，IEEE正式成立IEEE802．22工作组，IEEE802．22别名称为“Wireless Regional Area Network（WRAN，无线区域网络）”。     

基于SNR比较的认知无线电协作频谱检测

协作频谱检测是认知无线电中的一项关键技术,其检测性能取决于感知节点的本地频谱检测结果的可靠性,而目前已有的方案中对此却很少考虑.对此,认为不同的认知节点信噪比(SNR)导致了各节点本地检测结果的可靠性不同,故在此基础上提出了一种基于融合中心进行SNR比较的认知无线电协作频谱检测算法.在该算法中各认知节点将本地的判决结果和估计的SNR同时发送到融合中心,然后在融合中心对SNR进行比较,按照文中设计的规则来选取有较好SNR的认知节点参与判决融合.数值分析和计算机仿真表明,该方法能有效提高检测概率,并减少参与判决融合的节点数量.     

基于循环前缀频域自相关的OFDM信号频谱感知

针对无线通信频谱资源有限并且利用率非常低的问题,研究了认知无线电系统中基于信号典型特征的频谱感知策略,并进行动态频谱检测。提出了一种基于循环前缀频域自相关的频谱感知算法,利用正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）信号的循环前缀具有循环平稳特性,在信号频域进行自相关运算,设定判决门限,完成对信号频谱的检测,同时具备较好的抑制平稳噪声和干扰的能力。在低信噪比或者噪声不确定度大的应用场景下,能够获得比能量检测方法更优、更稳定的频谱感知效果,增强了噪声鲁棒性。在算法中采用双门限检测,进一步减弱了噪声不确定度对检测性能的影响,提高了频谱感知性能。     

基于关联规则挖掘的无线电频谱占用预测

无线电频谱占用预测是认知无线电研究中的关键技术之一。实验采用中星世通CS-805F可搬移监测测向系统对四川省成都市的GSM900上行频段（890~915 MHz）和广播电视业务的部分频段（750~806 MHz）进行了为期24 h的实地监测,针对频谱监测中产生的大量历史数据,选用了部分周期模式的关联规则挖掘方法,挖掘频谱使用中存在的频繁模式,并由信道占用频繁模式生成强关联规则,得到特定业务频段的使用规律,从而实现无线电频谱的占用预测。实验结果表明,该方法在两个业务频段的占用预测均取得了较好的效果,准确率分别可达74.02%和83.98%。另外,实验指出了该算法的敏感参数并进行了简要分析。实验对研究认知无线电设备实施动态频谱接入和提高频谱使用率有一定意义。     

认知无线电中基于循环统计量的频谱空穴检测方法

频谱空穴检测是认知无线电研究的关键技术.针对授权用户信号的循环平稳特性以及它和干扰信号、噪声的循环独立特性,提出了一种基于循环统计量的频谱空穴检测方案.构造了频谱空穴检测的二元假设检验模型,推导了相应的检验统计量.仿真结果表明,在低信噪比情况下,相比传统的能量检测法,该方法具有较优的检测性能,同时能有效地区分授权用户信号与同频干扰信号.     

利用自相关矩阵的量化合作频谱感知方法

为了改善认知无线电的频谱感知性能,提出一种基于自相关矩阵的量化合作频谱感 知方法,对各认知用户的本地检测结果采用多个判决门限进行有限位的量化,在融合中心采 用加权投票准则对该量化信息综合处理,得出最终判决。该方法是一种盲感知方法,不需要 知道主用户信号的先验知识和噪声方差信息。具体讨论了一种2 bit量化合作频谱感知 方案 ,并将其与传统的基于能量检测的合作频谱感知方案作比较。理论分析和仿真结果表明,该 方案可以有效提高频谱感知能力。     

基于统计可信度的压缩感知协作频谱检测算法

压缩感知为认知无线电的宽频谱感知提供了一种新的方法和思路。基于压缩感知的原理,提出了一种多认知用户协作场景下基于用户统计可信度的协作频谱检测算法。该算法使用正交匹配协作追踪算法获得认知区域内的频谱占用情况,根据不同认知用户频谱检测的历史准确度综合判定用户感知结果的统计可信度。仿真结果表明,该算法在不同用户数、不同采样值、不同信噪比变化范围下其检测性能均优于传统算术平均方法,有效改善了检测性能。     

基于非参量累积和的合作频谱感知

针对认知无线电网络中频谱感知的检测时延降低问题，提出了基于非参量累积和的合作频谱感知算法。本地认知用户预处理频谱观测数据，获得观测数据相对于信念值的正向漂移和负向漂移。为了缩短检测延迟，认知用户只将数据的正向漂移同步传输至融合中心。融合中心融合正向漂移得到判决信息，采用非参量累积和算法依时间序列顺序累加判决信息，判断主用户是否正在使用授权频段。为了解决不传输负向漂移引起的虚警问题，改进算法提出融合中心可以保留首次判决，经过等待时间间隔后再作出最终判决。相对于传统的软融合算法，改进融合规则的合作频谱感知算法具有较低的检测延迟。     

基于认知无线电的脉冲陷波UWB窄带干扰抑制

提出了一种基于认知无线电的自适应超宽带（UWB）窄带干扰抑制方法。为了使UWB对变化的 干扰环境具有自适应调节能力,引入了认知无线电技术。通过频谱感知和认知引擎技术提取 窄带干扰频谱特征作为陷波器的设计依据。以高斯脉冲为例,对陷波器的陷波性能进行检验 。最后,就陷波前、后脉冲的通信性能进行比较。仿真结果表明：认知陷波脉冲具有良 好的窄带干扰抑制能力,能够自适应的随着感知结果而动态地规避授权用户,从而实现UWB 系 统与其它通信系统的共存,且此方法不需要在整个频段范围内降低UWB脉冲功率,实现简单 灵活,为提高UWB脉冲发射功率、增大UWB系统的通信距离提供了一种可行的方案。