感知无线电及其关键技术

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1、第三章感知无线电及K•关键技术感知无线电CognitiveRadio(又称认知无线电)的思想也是由JosephMitola提出的，仑是软件无线电技术向帘场迈进的过程中衍生出的新思想。感知无线电是建立在软件无线电〒台之上的一个智能无线通信系统，它讨以感知到周围的环境特征，采用构建理解的方法进行学>],通过无线电知识描述语言(RadioKnowledgeRepresentationLanguage,RKRL)与通信M络进行智能交流，实吋调整传输参数，使系统的兄线规则与输入的无线电激励的变化相适极，以达到无论何吋何地通信系统的高可靠性和频谱利用的高效件。感知无线电系统感知学

2、习循环的过程如图3.1所示。OrientSetDisplay图3.1TheCognitionCycle无线规则指一系列适合无线频谱合理使川的射频带宽、空中接U、相关协议和空间吋间模式的设置。感知无线电系统的重构能力很重要，该功能就是以软件无线电作为平台来实现的。除Y重构功能巾软件无线电实现外，感知无线电的其他任务主要是通过信兮处理和机器学习的过程实现，其感知过程幵始于无线电激励的被动感应，以做出反应行为而终止，一个基木的感知周期要经历3利I基本过程，分别足无线传输场景分析、倌道状态估计及其容M预测、功率控制和频谱管理，它们的顺序执行使感知无线电系统的感知功能得以实现。

3、3.1无线传输场景分析感知无线电系统传输信号吋，首先要分析无线传输场景。山于发送端产生的激励是非稳态的空吋信号，过程主要巾空吋处理完成，判断干扰温度的人小同吋检测出频谱空穴和佔计一些传输参数统计兌。这些任务由接收端完成，再反馈到发送端，用于控制信号功率和频谱管理。W外，可以应用肖适应天线波束形成技术进行干扰抑制，由系统发送端和接收端采用补偿方式完成。3.2T扰温度及其测量方法通常的无线电环境是以发送端为中心考虑的，但经常存在不可预测干扰源，从时使噪声基准增人，引起信号传输性能的下降。为了避免这种悄况，FCC提出了干扰的估测过程，从以发送端为屮心到以发送端和接收端的tl

4、适应实吋交互为屮心的转变，为了确定和控制无线屯环境中的干扰源，出现Y新的度量标准——干扰温度，干扰温度限规定了在某频带和特定地理位置满足接收者耑求的敁差场合的无线传输环境特征。上述建议的川途吋表述为：1.在某感兴趣的频带内，接收大线处测量到的千扰温度为4接受的无线电干扰提供了精确的量度标准，如果噪声®准超;

5、

6、了干扰温度限，将认为在该频带内的通信系统性能是很差的。2.给定任-个频带，测得通信系统接收处干扰温度不超过一定界限，等待服务的川户就能使用它，T扰温度限将作为该频帯的无线电频率能M的上限。对于感知无线电，接收机提供可靠的干扰温度的谱佔计非常重要，主要冇以下2项任

7、务：1.基于同有干扰源和客观的无线频率能景的累积分布，用多抽头方法估计干扰温度的能量谱。2.用大量的传感器探测无线射频环境。基于循环平稳过程特征检测的多抽失频谱估计同夼异位分解法相结合，为无线传输环境屮噪声基准能:谱的估汁提供了柯效的方法。3.1.2频谱空穴检测频谱空穴是指被分配给某初始用户但在特定吋间和rt体位置该用户并没有使用的频带。在感知无线电系统中，如何有效地进行频谱空穴的检测是一项非常重要的任务。首先，将频谱区域分成3种类型：1.黑色区域，常被高能W:的局部干扰占用；2.灰色区域，在部分吋间被低能量干扰占川；3.白色区域，只有环境噪声而没有射频干扰的占用。一

8、般情况，白色区域和冇限度的灰色区域吋被等待服务的用户使川。对系统射频激励可采川频域多带奇异値分解法(Multi-Taperfrequency-domainsingularvaluedecompositionMTM-SVD)分析。在特定地理位置，将吋间域和频域分别分组离散化计算，准确性较高。为了进一步提高准确性，可引进自适应滤波器改进检测。进行检测时频带内的发射器必须是正在进行丁作的，否则可能使频谱黑色区域被检测为频谱空穴。总之，不论何时何地，都应保证检测过程的灵敏性和可靠性。3.1.3基于tl适应天线波束形成技术的干扰抑制为了优化射频激励的空间特性，可以采用自适应天线

9、波束形成技术，对感知无线电接收端的干扰进行抑制。干扰抑制可分为2个工作阶段：1.在发送端应川地理感知技术使其辐射模式沿着接收端方向，这样可避免在发送端传输信号向各个方向辐射，保持传输能跫，若所有系统均采用该技术，在某系统接收端，可使K•他传输系统对其的干扰敁小化；2.在接收端应川天线波束形成技术，可以£1适庖消除其他己知或未知传输系统的残余干扰。3.2信道状态佔计及艽容fi预测为了在感知无线电接收机处进行相关检测和预测计算W信道界景，必须进行信道估计。一般的信道估计方法有差分检测法和训练序列传输法两种，它们各有自己的优缺点。差分检测法鲁棒性较强，实现