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认知无线电网络中的频谱感知技术（三号黑体）学号 姓名 学院 班级（5号字宋体）摘要（小4号字黑体）：频谱感知作为认知无线电的关键技术之一，允许非授权用户伺机访问未使用的授权频带资源，从而大大改善了频谱利用率，并且具有较低的部署成本和较好的兼容性。文章首先介绍了认知无线电的概念和频谱感知提出的背景；然后详细探讨了频谱感知面临的技术挑战和设计权衡，并考虑了安全性问题；最后对可能威胁频谱感知的安全问题进行了说明并给出了结论。（5号字楷体-GB2312）关键词（小4号字黑体）：认知无线电；软件无线电；频谱感知；动态频谱访问；协同感知 （5号字楷体-GB2312）Spectrum sensing technology in cognitive radio network student number （ID） name college classAbstract: Progressive research about blind equalization technique in applications such as digital MIMO-FIR channel is proposed, and the blind equalization algorithm based on this criterion is also constructed. Key words: blind channel equalization; colored sources; high order statistics; MIMO-FIR channels1 前言（小4号字黑体）（间距固定值16）当前无线频谱资源日趋（5号字宋体）紧张，造成这种状况的原因主要包括以下几个方面：一是资源本身有限；二是无线设备和应用越来越普及，消费者对无线频谱的需求越来越大；三是无线频谱资源的分配极不合理。因此，有效搜索和利用未用的频谱是一项富有挑战的任务。频谱分配方式主要有两种1：专用方式，出售或分配给具有唯一支配权的服务提供商或机构；公用方式，可以按照协商的方式共同使用频谱资源。需要指出的是，当前主要采用第一种分配方式，固定为用户分配指定的独占频带，这种分配方式非常低效和呆板，很快将会耗尽可用的频谱资源。实际上，许可频谱不论在时间和空间上都没有得到充分利用。据SharedSpectrum公司报导，所有可用频带的平均利用率不到10%，在某些频带，如30300MHz，甚至低于2%2。专用分配方式和严格的管制策略是极不合理的，人为加剧了无线资源的短缺问题。为此，管理层考虑实施新的频谱管理策略，引入了动态频谱访问（DSA）的概念3，即允许非许可用户（ULU）伺机利用许可用户（LU）未使用的频带。近来，FCC已允许非许可用户访问TV频带的频谱空洞。在此基础上，IEEE也成立了IEEE 802.22工作组负责开发相应的空中接口和此方面的标准化工作1。认知无线电（Cognitive Radio，CR）正是在这种背景下产生的一种崭新的无线通信模式，最早是由Joseph Mitola博士于1999年提出的4。认知无线电是在软件无线电（SR）的基础上增加了频谱感知和智能处理能力，允许认知无线电设备通过感知无线环境，按照伺机（Opportunistic）方式动态利用在空域、频域和时域上出现的空闲频谱资源（称为频谱空洞，即指分配给某授权用户但在特定时间和位置该用户没有使用的频带），从而提高现有频谱资源的利用率。2 频谱感知技术2.1 基本技术（小5号黑体）认知无线电设备必须能够感知并分析特定区域的频段，找出适合通信的频谱空洞，在不影响已有通信系统的前提下进行工作，将认知无线电用户通过扫描频带以确定哪些频带可用于数据传输的过程称为频谱感知。由此可见，频谱感知（或频谱检测）技术是CR应用的基础和前提5。CR用户在工作时必须频繁地对当前工作频段和其他频段进行感知操作。对当前工作频段感知的目的是检测频段是否出现主用户：当出现主用户时可以进行快速的规避，放弃对当前工作频段的占用，从而避免对主用户形成干扰。对其他频段感知的目的是对周围其他频段的频谱使用状况进行监测：一方面在当前工作频段不可用时，可以及时切换到其他可用的工作频段；另一方面，可以202.2 面临的挑战频谱感知的性能会受到多方面的限制，面临诸多挑战8。例如次用户在利用频谱空洞时仍需要周期性检测频带以了解主用户是否出现，因此检测周期Tp确定了次用户无法了解主用户活动的最大时间。2.3 应对策略考虑到诸多因素的不确定性，有必要实施协同 频谱感知来代替单节点感知，以提高频谱感知的稳定性和准确性，特别适合多径衰落和遮蔽效应显著的环境10。例如，将多个用户分散部署以便通过空间分集来减轻多径衰落的影响，同时可以降低对单个设备的灵敏度要求，进而降低设备实现成本和复杂性。但是，感知准确度的增加是以更多的通信开销为代价的。3 设计权衡频谱感知的设计和实现存在多种折衷，系统设计者应该根据应用需求、硬件成本、实现复杂性和可用的基础设施来做出合理决策。4 安全考虑考虑到协同频谱感知的优势，重点说明此模式下的安全问题，主要包括主用户模仿和频谱感知数据伪造攻击15。4.1 主用户模仿攻击在认知无线电网络中，主用户享有更高的频谱使用权。主用户模仿攻击这是利用了这种特性，恶意的次用户试图发送模仿主用户特性的信号来抑制其他次用户发送数据，达到抢占频谱资源或阻止合法用户通信服务的目的，其本质是拒绝服务攻击。由于CR设备的可编程性，恶意用户可以篡改无线软件以改动其发送特性（如调制方式、频率和功率等）来模仿主用户。为了防范这种攻击，必须设计一种健壮的机制来验证主用户信号的真实性。如图1， 图1 数据融合连接图5 结论认知无线电的提出，为解决日益增长的无线通信需求与有限的无线频谱资源之间的矛盾开辟了一条行之有效的途径，是未来无线通信产业的发展方向之一，并且正逐渐通过标准化进入产业领域。频谱感知作为认知无线电的基础技术之一，使无线设备具有发现并合理利用频谱空洞的能力，从而达到解决频谱资源不足和提高频谱利用率的目的。然而，必须看到认频谱感知的设计和实现尚面临诸多挑战，必须在多个方面做出合理的权衡，并且要制定完善的可操作性较强的标准和法规。此外，其大规模部署和应用还必须考虑安全性问题。参考文献1 Venkatesha 。Prasad,PrzemyslawPawelczak.Cognitive Functionality in Next GenerationWirelessNetworks:Standardization Efforts,IEEECommunicationsMagazine,2008,46(4):7- 782 FCC.Spectrum p