认知无线电本地频谱感知技术研究.pptVIP

认知无线电的本地频谱感知技术研究 053122 邵伟键 通信现状 研究现状 1 美国国防高级研究计划署(DARPA)资助的下一代无线通信(xG)项目：系统方法和关键技术 2 美国Rutgers 大学winlab 实验室正在做一个有关认知无线技术的国家自然科学基金项目：设计和建立一种灵活的高性能的认知无线电平台的模型 3 英国的移动电信技术虚拟中心进行自适应射频技术的研究：自适应射频技术 4 欧洲通信协会资助的DRIVE，OverDRiVE 和TRUST 项目主：在混合的多无线电网络中频谱的动态分配和流量控制 5 国家863 计划基金：认知无线电系统中的合作及跨层设计技术、空间信号检测和分析及QoS 保证机制等 认知无线电 定义：“认知无线电”是可以根据环境变化改变传送端参数的无线电。 应用：用于自适应频谱管理的工具和技术，子系统的研发——智能天线、传感器和接收机，自适应调制和波形技术等。是下一代网络动态使用频谱的键。 意义：认知无线电可以在没有用户使用授权频段的时候使用这个频段，极大地提高了频谱利用率，弥补了固定频谱分配的缺陷，正是下一代网络的关键技术。 认知无线电的特性与功能： 特性： 认知能力：认知能力就是从环境中获取感知信息的能力。用复杂的技术获得环境瞬时的空间的变量并避免对其他用户的干扰。 重置能力：认知能力感知频谱，而重置能力则使无线电可以动态的配置硬件参数。使其可以在不同的频率上发送和接收，还可以使用由硬件设备支持的不同传送接入 认知无线电的功能 频谱感知 影响频谱空洞感知的因素 1，环境因素（无线信道） A． 路径损耗，接收到信号功率会随着接收端和发送端之间的距离而减小。 B． 阴影，会导致接收信号的功率的波动，从而导致覆盖漏洞。 2，专属地区：专属地带是指频段空闲并可以被待服务用户使用的地区。 A．主用户正巧在专属地带以外，此时频谱空洞的识别不应该对主用户的干扰敏感。 B．在联合传播网络上的无线传播，在很低的传送功率上工作。动态的频谱管理算法必 须可以处理微弱的无线传播。 3，将来使用的预期容量：在特定地理位置和特定时间检测频谱空洞只适用于那个特定的时间。 A．持续监控可能的频谱空洞。 B．处理主用户可能性的多种频谱路径需要一种频率自己使用。 频谱感知的物理结构 匹配滤波器检测法 适用范围：对授权用户信息比较了解的频谱环境当中，例如超高频的电视频段、有同步信道的CDMA系统等等。 检测原理： 滤波器输出由输出信号和输出噪声两部分组成， 将输出y(t)与门限λ作比较，y(t)＞λ则判决有信号。 特点： 匹配滤波器法的最大特点就是输出的信噪比达到最大，从而使错误判决概率达到最小。 性能分析： 优点：可以在很短的时间内完成同步而提高信号的处理增益； 缺点：要求认知用户掌握每一类授权用户的各种信息。 能量检测法 适用范围：由于只关心信号的能量，所以适用于各种形式的确定信号。 检测原理：能量检测器由平方器件和有限时间积分器组成 在特定的时间间隔内测量输入信号的能量。 有限时间积分器的输出就是输入信号时间间隔内的能量，并与比较门限λ进行比较。若大于λ则判别有信号的存在，反之则判定没有信号。 特点：能量检测法和频谱分析相似，只要能从功率谱图中清晰的得到信号的谱图，即说明能量检测法可正常的进行频谱感知。 根据检测概率和错误概率的公式，可得出接收端工作特性ROC图如下：设m=5,在不同的信噪比下，做出Pd和Pf的关系图。 注意： 性能分析： 优点：技术比较成熟，可靠性较高而且实施起 来比较简单。 缺点：1，比较门限较难设定。2，当信号极弱时，会出现三者混淆的情况。3，只能判定信号是否存在而不能区分信号类型 循环平稳特性检测法 适用范围：具有二阶周期特性或循环平稳特性的信号。 检测原理：调制信号的特点是循环平稳的，这些特性都是周期性的。接收端可以获得一些参数，比如载波相位、脉冲同步或是接收方向。由于周期性又会引起频谱冗余。 Sxα( f)为循环谱密度函数(CSD)，简称为循环谱，由上式可知它等于u(t)，v(t)的互谱密度SUV( f)。 循环谱函数是关于f 和α的函数，可得到一个三维图形。只要在α≠0的谱频率分量上存在谱函数，即可判定信号的存在。 性能分析： 优点：能检测到调制类型，符号速率和是否存在扰。 缺点：计算复杂，对计算时间要求较高。 检测性能会随着多径和阴影衰落引起的接收信号强度的减弱而降低 仿真：在信号的循环频率处会有较高的谱，即可理解为在循环频率轴方向的谱峰，由此可检测出信号的循环频率 载波提取法 适用范围：需预先知道授权用户的一些信息 检测原理：大多数的信号都需要调制到载