基于认知无线电的协作感知技术-.研究

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1、施鹏基于认知无线电的协作感知技术研究1．1研究背景第一章绪论近年来，无线通信技术发展迅速，各种新技术、新业务层出不穷，如WiFi、WiMAX(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess)、UWB(Ultra．WideBand)、卫星通行等。这些通信系统对频谱的需求日益增长，目前世界各国均采用基于静态频带的传统分配策略，固定频段仅供给特定的无线通信系统独立使用，虽然这种静态的无线频谱管理方式简单而有效地避免了不同无线通信系统间的相互干扰，然而这也使得新的技术、系统和业务已少有或没有频谱可分配，频谱资源日趋缺乏。由图1

2、．1美国的频谱分配现状我们可以看出，各授权频段呈条状密布在整个3K．300GHz的无线频谱上。很多国家已差不多将可用频谱资源分配完毕，我国也不例外。图1一】美国现有频谱分配情况然而大量研究统计数据表明，这些已经被分配频谱的使用效率并不高。2002年l1月，美国联邦通信委员会(FCC，FederalCommunicationsCommission)发布了频谱策略工作报告SpectrumPolicyTaskForce。报告中的数据表明己经分配频谱的利用率根据时间和空间的变化在15％到85％之间波动⋯。美国30Hz．300MHz频段频谱的平均利用率只有5．2％，其

3、中纽约地区使用率最高，也仅为13．1％，分配给无线电天文学的频段使用率最低，利用率仅有1％【21。现有的频谱分配模式下某一频段仅授权给特定的无线业务使用，不管其使用效率的大小，这种方式造成了频谱极大的浪费【3硼。为此，提高频谱利用率，便成为人们日益关注的问题。扬州1大学硕士学位论文目前，一些提高频谱效率的先进通信理论与技术不断发展，如自适应编码【“1、多天线技术【7～引、多载波技术【9～111等，但由于香农信道理论的限制，这些技术都不能从根本上解决频谱资源紧缺的问题。认知无线电技术提出了频谱共享的思想，理论上允许在时间、空间、频段上进行频谱的复用，从而大大缓

4、解了频谱资源的供需矛盾。1．2认知无线电概述频谱共享技术的提出打破了现有的频谱资源用户专有制，大大降低了频谱的限制对无线通信技术发展的束缚。随着频谱共享技术的发展，一些新的理论相继提出，如动态频谱分配、频谱机会接入、频谱池、允许可开放接入等。这些理论不断丰富和完善了认知无线电(CR)技术。1．2．1认知无线电的定义认知无线电技术是基于J．Mitola博士于1999年发表的一篇学术论文[12】中的描述发展至今。随着对认知无线电的研究和应用技术的不断发展，从不同角度对认知无线电有着不同的定义，这些观点各自偏重不同的角度，比较有代表性的有以下几种。作为认知无线电理

5、论的最初创立者，在2000年的博士论文中J．Mitola对认知无线电进行了较为理想化的定义【I3J：认知无线电以软件无线电(SDR)为实现平台，是软件无线电的智能化，通过无线电知识表示语言，基于模式推理方式与网络进行智能交流。在论文中J．Mitola提出认知循环的概念，由检测、分析、调整、推理和学习等一系列能力组成认知学习的步骤。认为认知无线电系统能够通过学习，不断感知无线环境的变化，并通过自适应地调整自身内部的通信机理来适应无线环境的变化。这一定义以软件无线电智能代理为出发点，强调认知无线电的学习和推理能力。然而基于当前的技术还很难实现定义中的人工智能水平

6、，学者们开始寻找更为实际的认知无线电技术。FCC在2003年12月发布的报告114J中对认知无线电进行如下定义：认知无线电是无线终端利用与周围无线电磁环境进行交互所获取的无线背景知识，调整传输参数，实现无线传输的能力。以上定义认为，认知无线电技术的最终目的是认知用户以一种动态方式进行接入从而使用频谱。要求认知无线电设备具有自适应环境进行感知探测的能力，并能够动态调整传输频点和相关传输参数，可见认知无线电与普通软件无线电最大的不同在于智能型。这一定义从无线网络的工业实际出发，充分利用频谱，允许未授权用户在不对授权用户产生有害干扰的情况下使用授权频段。这种定义被

7、业界广泛接受，可称为认知无线电的狭义定义。另外，一些学者还从别的角度给出认知无线电的定义。如S．Haykin教授在2005年的一篇论文【15】中这样定义：作为一个智能无线通信系统，认知无线电系统能够自动感知外界无线通信环境，通过对环境的理解进行主动学习，做到对内部无线电参数实时调整以适应外部通信环境的变化。整个过程使认知用户智能的使用空闲频谱资源进行通信，并保证不对授权用户造成干扰。S．Haykin教授从通信的角度定义认知无线电，认为认知无线电首先施鹏基于认知无线电的协作感知技术研究能够保证通信质量的高可靠性，同时开辟了在不影响其他授权用户的前提下有效地利用

8、大量空闲频谱资源的应用前景。1．2．2认知无线电网络