（信号与信息处理专业论文）认知无线电网络中协作频谱感知关键技术研究.pdf

j，f，二_ i i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h e r e q u i r e m e n t s f o rt h ed e g r e eo f d o c t o r a lo fp h i l o s o p h y b y z h uj i a s u p e r v i s e db y ： p r o f z h e n gb a o y u c o l l e g eo ft e l e c o m m u n i c a t i o n sa n di n f o r m a t i o ne n g i n e e r i n g n a n ji n gu n i v e r s i t yo f p o s t sa n dt e l e c o m m u n i c a t i o n s a p r i l2 0 1 0 南京邮电大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其它人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作过的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生硌糖 隰枷口一乒 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交 学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。 本文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允 许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公 布( 包括刊登) 授权南京邮电大学研究生部办理。 躲枷剔币签翻修醐删也够 南京邮电大学 博士学位论文摘要 学科：工学 专业：信号与信息处理 研究方向：无线通信与网络信号处理 作者：2 0 0 7 级博士研究生朱佳指导教师：郑宝玉教授 题目：认知无线电网络中协作频谱感知关键技术研究 title - r e s e a r c ho nc o o p e r a t i v es p e c t r u ms e n s i n gt e c h n i q u e si n c o g n i t i v er a d i on e t w o r k s 关键词：认知无线电网络；协作频谱感知；协作分集；检测概率；检 测时间；自适应协作；数据融合 k e y w o rds ：c o g n i t i v er a d i on e t w o r k s ；c o o p e r a t i v es p e c t r u ms e n s i n g ； c o o p e r a t i v ed i v e r s i t y ；d e t e c t i o np r o b a b i l i t y ；d e t e c t i o n t i m e ；a d a p t i v ec o o p e r a t i o n ；d a t a f u s i o n 本论文得到以下课题资助 1 国家自然科学基金，“认知无线电网络中多用户协作通信关键技术研究 ，( 项 目编号：6 0 9 7 2 0 3 9 ) 2 江苏省自然科学基金重点项目，“具有感知和协作功能的下一代无线网络关 键技术研究”，( 项目编号：b k 2 0 0 7 7 2 9 ) 3 江苏省研究生科研创新计划，“认知无线电协作频谱感知技术研究”，( 项目编 号：c x 0 9 b1 5 0 z ) 南京邮电大学博士研究生学位论文 摘要 摘要 随着无线应用范围的日益扩展，各种新型无线接入方式不断涌现( 如，无线局域网， 无线传感器网络，蓝牙等) ，导致了无线频谱资源越来越紧缺。认知无线电是实现频谱 资源共享的关键技术，可有效提高无线频谱利用率以满足日益增长的无线通信业务需 求，因此在下一代无线网络中将有广泛的应用前景。一般而言，认知无线电系统需要首 先感知到空闲频谱的存在，然后对其加以充分利用，以此提高无线频谱利用率。因此， 快速可靠的频谱感知技术是决定认知无线电由理论研究走向实用阶段的关键因素。 本论文以认知无线电技术为背景，深入研究认知无线电网络中的协作频谱感知技 术，通过认知用户之间的彼此协作，以有效改善认知用户的频谱感知性能，主要工作和 创新如下： ( 1 ) 构建了认知无线电协作感知模型，提出了基于放大转发和解码转发的协作频 谱感知方案。 通过认知用户间的彼此协作，可以使得认知无线电网络获得明显的空间分集增益， 从而显著改善认知无线电系统的感知性能。由此，提出了两种基于放大转发和解码转发 的协作频谱感知方案，并且在瑞利衰落环境下对所提方案的检测概率和检测时间进行了 理论分析，给出了非协作感知和协作感知的检测概率和检测时间的解析表达式。仿真实 验结果表明：在虚警概率一定的情况下，协作感知方案的检测概率明显优于非协作方案， 并且可以显著减少感知时间，这也说明了用户协作为认知无线电网络带来了可观的感知 性能增益。 ( 2 ) 构建了多认知用户协作感知模型，提出了基于最佳中继选择的协作频谱感知 方案。 根据认知网络中所有候选用户的通信链路质量，选择最佳中继对主用户进行协作感 知，从而可以获得明显的多用户分集增益，显著提高认知无线电系统的感知性能。在瑞 利衰落环境下，对所提出的多用户协作方案和传统非协作方案的检测性能进行了理论分 析，得到了系统检测概率和检测时间的解析表达式。仿真结果表明，与非协作方案相比， i 南京邮电大学博士研究生学位论文 摘要 多用户协作感知方案能够显著提高主用户的检测概率，所需的检测时间明显减少，且随 着候选中继用户数目的增加，多用户协作方案能获得更多的分集增益，因而对主用户检 测性能的改善量越加明显。 ( 3 ) 构建了自适应用户协作频谱感知的系统模型，提出了基于自适应用户数据融 合的协作频谱感知方案。 通过利用认知用户间的自适应协作，提出一种基于自适应用户数据融合的协作频谱 感知方案，以改善对主用户的检测性能。在瑞利衰落环境下，理论推导了所提自适应协 作数据融合方案的检测概率和检测时间。根据推导得到的性能解析表达式，对非协作方 案和所提出的自适应协作融合方案，进行了相应的数值实验和性能比较。结果表明：与 非协作方案相比，自适应协作融合方案显著提高了系统检测概率，同时检测时间也明显 减少。 关键词：认知无线电网络；协作频谱感知；协作分集；检测概率；检测时间；自适应协 作；数据融合 a b s t r a c t w i t ha ni n c r e a s i n gd e m a n do fw i r e l e s sa p p l i c a t i o n s ，v a r i o u sn e wt y p e so fw i r e l e s s n e t w o r k s ( s u c ha s ，w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k ，w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k ，b l u e t o o t ha n ds oo n ) a r ee m e r g i n gn o w a d a y s ，l e a d i n gt ot h es c a r c i t yo fw i r e l e s ss p e c t r t m ar e s o u r c e s c o g n i t i v e r a d i oi sp r o p o s e da st h em e a n st or e a l i z et h es p e c t r u mr e s o u r c es h a r i n g ，t h r o u g hw h i c ht h e u t i l i z a t i o no fw i r e l e s ss p e c t r u mr e s o u r c e sc a l lb ei m p r o v e dg r e a t l ys ot h a tt h er e q u i r e m e n t s f o ri n c r e a s i n gw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns e r v i c e sc a l lb es a t i s f i e d a c c o r d i n g l y , c o g n i t i v er a d i o h a sg r e a tp o t e n t i a li nn e x tg e n e r a t i o nw a r l e s sn e t w o r k s g e n e r a l l y , c o g n i t i v er a d i os y s t e m s s h o u l df i r s t l ys e n s ea na v a i l a b l ei d l es p e c t r u mb a n da n dt h e nu s et h es e n s e db a n df o rd a t a t r a n s m i s s i o n s ，r e s u l t i n gi nt h ei m p r o v e m e n to fw i r e l e s ss p e c t r u mu t i l i z a t i o n t ot h a te n d , a f a s ta n dr e l i a b l es p e c t r u ms e n s i n gt e c h n i q u ei sc r i t i c a lf o rt h ei m p l e m e n t a t i o no fc o g n i t i v e r a d i oi np r a c t i c a ls y s t e m s i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，w ef o c u so nt h ee x p l o r a t i o no fc o o p e r a t i v es p e c t r u ms e n s i n g t e c h n o l o g yi nc o g n i t i v er a d i on e t w o r k s t h r o u g ht h ec o o p e r a t i o nb e t w e e nc o g n i t i v eu s e r s ，w e c a ni m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fs p e c t r u ms e n s i n gg r e a t l y t h em a i nc o n t r i b u t i o n so ft h i s d i s s e r t a t i o na r ed e s c r i b e da sf o l l o w s ： ( 1 ) c o n s t r u c t i o no fas y s t e mm o d e lf o rc o o p e r a t i v es p e c t r u ms e n s i n gi nc o g n i t v er a d i o n e t w o r k s ，b a s e do nw h i c hw ep r o p o s ea na m p l i f y a n d - f o r w a r da n dad e c o d e a n d f o r w a r d b a s e dc o o p e r a t i v es p e c t r u ms e n s i n gs c h e m e s w ep r o p o s et w on o v e lc o o p e r a t i v es p e c t r u ms e n s i n gs c h e m e sb a s e do nt h ea f ( a m p l i f y a n df o r w a r d ) a n dd f ( d e c o d ea n df o r w a r d ) p r o t o c o l st oa c h i e v et h es p a t i a ld i v e r s i t yg a i n s f o rc o g n i t i v er a d i on e t w o r k s ，w h i c ha r er e f e r r e dt oa st h ea f - c s s ( a f b a s e dc o o p e r a t i v e s p e c t r u ms e n s i n g ) a n dt h ed f - c s s ( d f b a s e dc o o p e r a t i v es p e c t r u ms e n s i n g ) ，r e s p e c t i v e l y i no r d e rt os h o wt h ee f f e c to fu s e rc o o p e r a t i o n0 1 1s e n s i n gp e r f o r m a n c e ，w ed e r i v et h e c l o s e d f o r me x p r e s s i o n so ft h ed e t e c t i o np r o b a b i l i t ya n dd e t e c t i o nt i m ef o rn o n c o o p e r a t i v e s p e c t r u ms e n s i n g ，a f c s sa n dd f c s ss c h e m e so v e rr a y l e i g hf a d i n gc h a n n e l s b e s i d e s ，w e c o n d u c tt h en u m e r i c a le v a l u a t i o n st ov e r i f yt h ee f f e c t i v e n e s so ft h ep r o p o s e dc o o p e r a t i v e s p e c t r u ms e n s i n gs c h e m e s ，s h o w i n gt h ei n c r e a s e o fd e t e c t i o np r o b a b i l i t yt h r o u g ht h eu s e r c o o p e r a t i o na n dc o n f i r m i n gt h ea d v a n t a g eo ft h ea f c s sa n dd f - c s ss c h e m e so v e r t h e i i i d e t e c t i o nt i m ef o r t h ep r o p o s e ds c h e m ea sw e l la st h et r a d i t i o n a li n d e p e n d e n t s e n s i n gs c h e m e a l s o ，w ec o n d u c tt h en u m e r i c a le v a l u a t i o n sb a s e do nt h ed e r i v e dp e r f o r m a n c ee x p r e s s i o n s ， i l l u s t r a t i n gt h a tt h ep r o p o s e dc o o p e r a t i o ns c h e m eo u t p e r f o r m st h et r a d i t i o n a ls c h e m ei nt e r m s o ft h ed e t e c t i o np r o b a b i l i t ya n dd e t e c t i o nt i m e k e y w o r d s ：c o g n i t i v er a d i on e t w o r k s ；c o o p e r a t i v es p e c t r u ms e n s i n g ；c o o p e r a t i v e d i v e r s i t y ；d e t e c t i o np r o b a b i l i t y ；d e t e c t i o nt i m e ；a d a p t i v ec o o p e r a t i o n ；d a t a f u s i o n i v 南京邮电大学博士研究生学位论文缩略词表 陋 k 氐g r b e r b p s k c a b c c c d f c d m a c n c r c r n c s s c u s u d a r p a d f d f s d p 缩略语表 a m p l i f ya n d f o r w a r d 放大转发 a d d i t i v ew h i t eg a u s s i a nn o i s e加性高斯白噪声 b i te r r o r r a t i o误比特率 b i n a r yp h a s es h i f tk e y 二进制相移键控 c o o r d i n a t e da c c e s sb a n d 协调接入频段 c o g n i t i v ec y c l e 认知循环 c u m u l a t i v ed i s t r i b u t i o nf u n c t i o n累积分布函数 c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s码分多址 c o g n i t i v en e t w o r k s c o g n i t i v er a d i o 认知网络 认知无线电 c o g n i t i v er a d i on e t w o r k s 认知无线电网络 c o o p e r a t i v es p e c t r u ms e n s i n g 协作频谱感知 c o g n i t i v eu s e r s e c o n d a r yu s e r 认知用户( 次用户) d e f e n s ea d v a n c e dr e s e a r c hp r o j e c t s 美国国防部高级计划 a g e n c y 研究署 d e c o d ea n df o r w a r d解码转发 d y n a m i cf r e q u e n c ys e l e c t i o n 动态频率选择 d e t e c t i o np r o b a b i l i t y检测概率 v 生学位论文缩略词表 o s a o s i p d f p e r d e t e c t i o nt i m e检测时间 d y n a m i cs p e c t r u ma c c e s s 动态频谱接入 d y n a m i cs p e c t r u ma c c e s sn e t w o r k s 动态频谱接入网络 f a l s ea l a r mp r o b a b i l i t y 虚警概率 f e d e r a lc o m m u n i c a t i o n sc o m m i s s i o n 美国联邦通信委员会 f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 频分多址 i n s t i t u t eo fe 1 e c t r i c a l 锄de l e c 仃0 n i c s 美国电气电子工程师 e n g i n e e r s学会 i n t e m e tp r o t o c o l网络互连协议 i n t e r n a t i o n a l r e l e c o m m t m i c a t i o n s u n i o n m e d i u ma c c e s sc o n t r o l m a t c h e df i l t e r m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t 干扰温度 国际电联 介质访问控制 匹配滤波器 多输入多输出 o n h 。g 。n a lf r e q u e n c y d i v i s i o n 正交频分复用 m u l t i p l e x i n g 机会调度 o p p o r t u n i s t i cs p e c t r u ma c c e s s 机会频谱接入 o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n 开放系统互连 p r o b a b i l i t yd e n s i t yf u n c t i o n 概率密度函数 p a c k e te r r o rr a t e 误包率 v i s c d s c f s i n r s l t s n r s p t f s t b c t d n 【a w r a n m a n w s n s p e c t r a lc o r r e l a t i o nd e n s i t y 谱相关密度 s p e c t r a lc o r r e l a t i o nf u n c t i o n 谱相关函数 s i g n a lt oi n t e r f e r e n c ea n d n o i s er a t i o 信号干扰噪声比 s t a t i s t i c a ll e a r n i n gt h e o r y统计学习理论 s i g n a lt on o i s e r a t i o信号噪声比 s p e c t r u mp o l i c yt a s kf o r c e 频谱政策专门小组 s p a c et i m eb l o c kc o d e 空时分块编码 t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s时分多址 w i r e l e s sr e g i o n a la r e an e t w o r k无线区域网 w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k无线局域网 w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k s无线传感器网络 v 图表说明 图表说明 1l 1l 1l l ：! 1 5 m i t o l a ) 1 8 肘的基本信号处理循环模型18 图2 3 基于循环平稳检测的频谱感知框图2 3 图2 - 4 蜂窝网络环境下的两用户协作场景2 6 图2 5 多用户协作构成的虚拟天线阵列示意图2 6 图2 - 6 单协作中继模型2 7 图2 7 基于放大转发的协作分集系统2 8 图2 8 基于解码转发的协作分集系统2 8 图2 - 9 编码协作过程示意图2 9 图2 1 0 基于最佳中继选择的机会中继系统模型3 5 图3 1 ( a ) 协作频谱感知方案系统模型；( b ) 时隙分配图4 0 图3 2 不同信噪比取值下非协作感知方案和a f c s s 方案的检测概率比较5 5 图3 3 不同虚警概率取值下非协作感知方案和a f c s s 方案的检测概率性能比较5 6 图3 _ 4 不同信噪比取值下非协作感知方案和d f c s s 方案的检测概率比较5 7 图3 5 不同虚警概率取值下非协作感知方案和d f c s s 方案的检测概率性能比较5 7 图3 6 不同信噪比取值下捷变增益性能比较5 8 图3 7 不同虚警概率取值下捷变增益性能比较5 9 图4 1 ( a ) 多用户网络频谱感知的系统模型；( b ) 时隙分配图6 7 图4 2 不同的信噪比取值下非协作感知方案和m c s s 方案的检测时间性能比较7 6 图4 3 不同的虚警概率取值下非协作感知方案和m c s s 方案的检测时间性能比较。7 7 图4 - 4 不同的信噪比取值下m c s s 方案的捷变增益性能比较7 8 v i i i 南京邮电大学博士研究生学位论文目录 目录 摘要i a b s t l 认c t i i i 缩略语表v 图表说明v i i i 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 1 1 认知无线电技术简介1 1 1 2 认知无线电技术发展现状3 1 1 3 协作通信技术发展现状1 0 1 2 论文的主要工作1 3 1 2 1 研究目标1 3 1 2 2 研究内容1 4 1 3 论文内容安排1 5 第二章协作频谱感知关键技术1 7 2 1 引言1 7 2 2 频谱检测技术1 9 2 2 1 匹配滤波器检测2 0 2 2 2 能量检测2 1 2 2 3 循环平稳特征检测2 3 2 2 4 基于小波变换的频谱检测2 4 2 2 5 多精度频谱检测2 4 2 2 6 孤立点检测2 5 2 3 协作分集技术2 5 2 3 1 放大转发2 7 2 3 2 解码转发2 8 x 图表说明 下m c s s 方案的捷变增益性能比较7 9 融合的系统模型8 4 合过程示意图8 5 知用户独立检测与自适应协作检测的检测概率比较9 l 立检测与自适应协作检测的检测时间比较9 2 认知用户独立检测与自适应协作检测的检测概率比较9 3 认知用户独立检测与自适应协作检测的检测时间比较9 3 i x 南京邮电大学博士研究生学位论文 目录 2 3 3 编码协作2 9 2 3 4 固定中继3 0 2 3 5 选择中继3 2 2 3 6 增量中继3 3 2 3 7 机会中继3 4 2 4 本章小结3 8 第三章基于协作分集的两用户协作频谱感知技术3 9 3 1 引言3 9 3 2 协作频谱感知方案4 0 3 2 1 系统模型4 0 3 2 2 基于放大转发的协作频谱感知方案4 1 3 2 3 基于解码转发的协作频谱感知方案4 3 3 3 瑞利衰落信道下协作感知方案的检测性能4 4 3 3 1a 卜c s s 方案的检测性能4 5 3 3 2d f - c s s 方案的检测性能4 9 3 4 数值结果与分析5 5 3 5 本章小结5 9 附录3 1 式( 3 - 4 2 ) 的推导过程5 9 附录3 2 式( 3 - 4 4 ) 的推导过程6 1 附录3 3 式( 3 - 9 1 ) 的推导过程6 2 第四章基于最佳中继选择的多用户协作频谱感知技术6 5 4 1 引言6 5 4 2 多用户协作感知方案6 6 4 2 1 系统模型6 7 4 2 2 最佳协作中继选择及其多用户协作频谱感知方案6 8 4 3 瑞利衰落信道下多用户协作感知方案的检测时间分析7 1 4 3 1 非协作感知方案的检测时间7 1 4 3 2 多用户协作感知方案的检测时间7 2 4 4 数值结果与分析7 5 x i 南京邮电大学博士研究生学位论文 目录 4 5 本章小结7 9 附录4 1 ：式( 4 - 3 6 ) 的推导过程7 9 附录4 2 ：式( 4 - 4 2 ) 的推导过程8 2 第五章基于自适应用户数据融合的协作频谱感知技术8 3 5 1 引言8 3 5 2 基于自适应用户数据融合的协作频谱感知方案8 4 5 2 1 系统模型8 4 5 2 2 基于自适应用户数据融合的协作频谱感知方案8 5 5 3 瑞利衰落信道下的检测性能分析8 7 5 4 数值结果与分析9 1 5 5 本章小结9 4 附录5 1 ：式( 5 - 1 4 ) 推导过程9 4 附录5 2 ：式( 5 - 3 0 ) 推导过程9 5 第六章结束语9 7 6 1 论文总结9 7 6 2 工作展望9 8 参考文献9 9 攻读博士期间撰写发表的学术论文1 0 9 攻读博士期间撰写的专利1 1 0 攻读博士期间参加的科研项目i i i 攻读博士期间荣获的奖励1 1 2 致谢1 1 3 x 南京邮电大学博士研究生学位论文第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 现代社会经济的迅猛飞速发展带来了对无线通信服务的海量需求，新的应用技术和 高速无线接入的不断发展加剧了无线电频谱资源的供求矛盾。无线电频谱作为一种非耗 竭的有限自然资源，它在如广播电视、航空导航、空间探测、移动通信等许多重要领域 的应用无法由其他任何资源所替代。因此，频谱资源紧缺将成为制约无线通信发展的“瓶 颈”问题。 而与此同时，又存在着大量授权的无线频谱被闲置或者利用率极低，某些部分的频 谱资源相对较少但其上承载的业务量很大，而另外一些己授权的频谱资源利用率却很低 【1 】。为了解决频谱资源匮乏的问题，基本思路就是尽量充分利用现有的无线频谱资源， 最大限度的提高频谱利用率。频谱资源的需求与现有固定频谱分配政策的矛盾日益激化 导致了认知无线电技术的诞生。 认知无线电的核心思想就是使某些具有自适应频谱感知等能力的系统能够利用已 授权频段不使用频段资源的空闲间隙，通过“借用”的方式使用这些频谱资源，并且保 证其他已授权用户的通信不受其干扰【2 】， 3 】。采用这种更开放的频谱政策使用有限的频 谱资源，被各大权威认可为是解决当前频谱资源供不应求与利用率低下之间矛盾的最有 效手段。 1 1 1 认知无线电技术简介 m i t r e 公司的顾问、瑞典皇家技术学院博士生j o s e p hm i t o l a 和g e r a l dm a g u i r e 教 授于1 9 9 9 年8 月在i e e ep e r s o n a lc o m m u n i c a t i o n s 杂志上首次明确的提出认知无线电 ( c rc o g n i t i v er a d i o ) 的概念【4 】，【5 】并系统地阐述了c r 的基本原理，其主要是对软件无 线电( s d r , s o f t w a r ed e f i n e dr a d i o ) 定义的进一步的扩展，即认知无线电具有与周围环境 交互信息的学习能力，可以通过自适应的调整、实时改变自身特定的无线操作参数( 如 功率、载波调制和编码等) 等以适应外部无线环境，并自主寻找和利用在其空间范围内 的可用频谱，同时限制和降低冲突的发生概率。 l 程可以划分为3 个主要的步骤【5 】，【7 】：频谱感知、频谱分析和频谱判决。频谱感知的主 要功能是监测可用频段，检测频谱空洞并为频谱决策提供空洞信息；频谱分析根据来自于 无线电环境的射频激励和己知空洞信息，估计已获取频谱空洞的特性；频谱判决根据频谱 空洞的特性和用户需求选择合适的频段，向无线环境提供传输数据。 重构能力使得c r 设备可以根据无线环境动态编程，采用不同的无线传输技术收发 数据。可重构的工作参数包括：发射功率、调制方式、工作频率和通信协议等。重构的 2 南京邮电大学博士研究生学位论文第一章绪论 核一t h , 思想是在不干扰频谱授权主用户( p u ，p r i m a r yu s e r ) i e 常工作的前提下，利用授权系 统的空闲频谱提供可靠稳定的通信服务。当c r 正在工作的频段即将被p u 使用时，它 必须采取相应的退避措施。 1 1 2 认知无线电技术发展现状 美国联邦通信委员会f c c 下属工程技术办公室频谱政策专责小组( s p t f , t h e s p e c t r t t mp o l i c yt a s kf o r c e ) 在2 0 0 2 年1 1 月发布的报告，得出一个影响深远的重要结论： “智能( 认知) 无线电技术能够更好和更密集地获得与利用频谱，建议f c c 努力消除 阻止它们使用的监管障碍。 从此推动了频谱资源使用政策的变革。由报告所提出的认 知无线电工作组于2 0 0 3 年5 月在华盛顿成立。f c c 于2 0 0 3 年1 2 月发出了关于如何以 最佳方式实现感知无线电c r 概念的提议，这个提议具有里程碑意义【l 】。 f c c 于2 0 0 3 年引入了“干扰温度( i t ，i n t e r f e r e n c et e m p e r a t u r e ) 1 】， 2 】， 2 5 ，【2 6 】 童 以量化和控制无线通信环境中的干扰源，并在确定的频段上增加更多的非授权操作。在 现有的传统无线系统中一般采用以发射机为中心的功率控制方式，例如频率复用蜂窝通 零 信系统中的基站通过检测上行链路的用户信号强度，就可以控制下行的发射功率和通过 反馈信道控制移动台上行的发射功率，但是基站却无力解决外部干扰源所造成的影响。 然而在认知无线电网络中必须要考虑非授权用户接入给授权用户通信所带来的干扰，因 此以往仅基于发射机操作的简单功率控制方式无法满足认知无线电通信系统的需求。相 比而言，干扰温度提供了特定地理位置在某一感兴趣频段上接收机能够顺利工作的最差 环境的特征描述，因此干扰温度模型基于实际的环境以及发射机与接收机间的交互，能 确定其对主用户接收机造成的附加干扰量并加以限制，如果主用户接收机所受的所有干 扰源的累积效应不超过干扰温度限，则允许非授权的认知用户与主用户运行在同一频段 上。若当某认知用户发现自己对该频段的使用会导致干扰温度超过规定门限时，就应该 停止使用并立即切换到其他可用的发射频率，如没有合适的频率资源，则停止发射直到 情况允许。 f c c 指出可以在某个特定频段区域设定“干扰温度门限疋”，此参数取决于授权主用 户系统正常工作的最低信噪比。在累积干扰低于此门限的前提下可以保证授权主用户与 非授权认知用户同时在该频段范围内正常工作【7 8 】。 未知的情况下如何估计认知用户对它可能产生的干扰。降低问题难度的一种可能办法是 让主用户系统来辅助认知系统的频谱感知，如文献 8 5 中要求主用户接收机在工作过程 中持续发送指示信号。另一个需要考虑到的是，认知用户和主用户共存于同一个频段时， 认知系统的通信过程中也会受到授权系统的干扰，所以认知系统能获得的通信容量可能 非常有限。 2 0 0 4 年3 月在美国拉斯维加斯召开的第一次认知无线电方面的学术会议，标志着 c r 技术正式起步。该会议的主要议题涵盖了对认知无线电的需求、机会、挑战和方向 等各个方面。美国国防部高级研究计划署( d a r p 气d e f e n s ea d v a n c e dr e s e a r c hp r o j e c t s 4 南京邮电大学博士研究生学位论文 第一章绪论 a g e n c y ) 于2 0 0 3 年也成立了下一代通信( x g ) 研究项目组，着手研制以认知无线电为核心 的动态频谱管理标准、系统方法和关键技术，以实现动态频谱接入和共享。该项目组将 研制和开发频谱捷变无线电，这些无线电台在使用法规范围内，可以动态地自适应于变 化的无线环境，在不干扰其他无线电台正常工作的前提下，使可以接入的频谱范围扩大 近1 0 倍。 美国电气电子工程师学会i e e e 于2 0 0 4 年1 0 月正式成立i e e e 8 0 2 2 2 工作组，这是 国际上首个基于认知无线电技术的空中接口标准化组织，i e e e8 0 2 2 2 也被称为无线区 域网络m 像a n ，w i r e l e s sr e g i o n a l a r e an e t w o r k ) 6 ，该工作组目的是利用认知无线电技 术将分配给电视广播的v h f u h f 频带用作宽带接入，系统工作于5 4m h z 8 6 2m h z 的v h f u h f 频段上未使用的t v 信道，工作模式为点到多点。 一些著名的大学研究机构( 如u cb e r k l e y 、r u t g e r s 、s t e v e n s 、g e o r g i a 、t ub e r l i n ) ， 世晁各大公司( 如i n t e l 、l u c e n t 、n o k i a 、q u a l c o m m ) ，一些研究学会论坛( 如s d rf o r u m ) j 慨 等也纷纷展开对c r 的研究和应用。r u t g e r s 理工学院w i n l a b 实验室正在进行认知无 线电平台的开发。 q 缸 著名通信理论专家s i m o nh a y k i n 在2 0 0 5 年2 月的i e e ej o u r n a lo ns e l e c t e d a r e a si n ? c o m m u n i c a t i o n s ( j s a c ) 上发表了关于认知无线电的综述性文章 2 】，为认知无线电技术 的研究指明了方向。2 0 0 5 年1 1 月份召开的d y s p a n ( d y n a m i cs p e c t r u m a c c e s s ) 会议， 会议的主要议题是基于认知无线电的动态频谱分配和接入技术，会议发表了8 0 多篇文 章。i e e e8 0 2 委员会于2 0 0 6 年公布了基于认知无线电技术的8 0 2 2 2 无线区域网协议草 案，标志着c r 技术正在开辟新的应用和研究领域。同年，知名学者a k y i l d i z 通过总结 d y s p a n 2 0 0 5 的研究成果，撰写了基于认知无线电的下一代无线网络的综述性文