认知无线电本地频谱感知技术研究ppt课件

1、认知无线电的本地频谱感知技术研讨 053122 邵伟键通讯现状大量的可用频谱已被分配天线尺寸和电磁波传输性质的限制频谱分配机制陈旧寻求新的频谱分配机制并研讨新的通讯系统认知无线电是关键技术研讨现状1 美国国防高级研讨方案署(DARPA)资助的下一代无线通讯(xG)工程：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工程：设计和建立一种灵敏的高性能的认知无线电平台的模型3 英国的挪动电信技术虚拟中心进展自顺应射频技术的研讨：自顺应射频技术4 欧洲通讯协会资助的DRIVE，OverDRiVE 和TRUST 工程主：在混合的多无线电网络

2、中频谱的动态分配和流量控制5 国家863 方案基金：认知无线电系统中的协作及跨层设计技术、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动传送端参数的无线电。运用：用于自顺应频谱管理的工具和技术，子系统的研发智能天线、传感器和接纳机，自顺应调制和波形技术等。是下一代网络动态运用频谱的键。意义：认知无线电可以在没有用户运用授权频段的时候运用这个频段，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：认知才干：认知才干就是从环境中获取感知信息的才干。用复杂的技术获得环境瞬时的空间的变量并防止对其他用户的

3、干扰。重置才干：认知才干感知频谱，而重置才干那么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纳，还可以运用由硬件设备支持的不同传送接入认知无线电的功能四大功能频谱感知：判别哪些频谱是可用的，并探测当用户任务 在一个已授权的频段上时能否存在授权用户频谱管理：选择最优的可用信道运用频谱共享：调整与其他用户的信道接入，为几个xG 用户 提供适当的频谱安排方法频谱挪动：在检测到授权用户时空出信道，迁移到其他的 频段上频谱感知通常在接纳端进展干扰温度的丈量，并搜索“频谱空洞，将获得的信息经过系统预设的反响信道传送至发送端，并据此进展发射功率控制处置和动态频谱管理.不仅仅在“频谱空洞的搜

4、索和断定中起关键作用，而且在系统的通讯过程中，它还需求担任频谱形状的实时监测.为高层的频谱管理提供辅助。比较准确地断定射频信号碰撞事件，使认知无线电系统可以尽快进展自动退避，防止过多地影响原有授权用户的通讯。频谱感知的分类关键字：频谱空洞，干扰温度，关键字：频谱空洞，干扰温度，TInt = (N + I ) /(KB)影响频谱空洞感知的要素1，环境要素无线信道 A 途径损耗，接纳到信号功率会随着接纳端和发送端之间的间隔而减小。 B 阴影，会导致接纳信号的功率的动摇，从而导致覆盖破绽。2，专属地域：专属地带是指频段空闲并可以被待效力用户运用的地域。 A主用户正巧在专属地带以外，此时频谱空洞的识别

5、不应该对主用户的干扰敏感。 B在结合传播网络上的无线传播，在很低的传送功率上任务。动态的频谱管理算法必 须可以处置微弱的无线传播。3，未来运用的预期容量：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继续监控能够的频谱空洞。 B处置主用户能够性的多种频谱途径需求一种频率本人运用。频谱感知的物理构造认知无线电发送接纳机的主要构造组成有前端和基带处置部分。每个部分都可以随着时变的RF环境重新配置。RF前端：接纳到的信号被放大混频并A/D转换。基带处置部分：信号被调制/解调、编码/解码。匹配滤波器检测法v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

6、道的CDMA系统等等。v检测原理：v 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)与门限作比较，y(t)那么判决有信号。特点：匹配滤波器法的最大特点就是输出的信噪比到达最大，从而使错误判决概率到达最小。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置增益；缺陷：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v适用范围：由于只关怀信号的能量，所以适用于各种方式确实定信号。v检测原理：能量检测器由平方器件和有限时间积分器组成v 在特定的时间间隔内丈量输入信号的能量。v有限时间积分器的输出就是输入信号时间间隔内的能量，并与比较门限进展比较。假设大于那么判别有信号的存在，

7、反之那么断定没有信号。v特点：能量检测法和频谱分析类似，只需能从功率谱图中明晰的得到信号的谱图，即阐明能量检测法可正常的进展频谱感知。v根据检测概率和错误概率的公式，可得出接纳端任务特性ROC图如下：设m=5,在不同的信噪比下，做出Pd和Pf的关系图。留意：v性能分析：v 优点：技术比较成熟，可靠性较高而且实施起 来比较简单。v 缺陷：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，只能断定信号能否存在而不能区分信号类型门限：门限的设定非常重要。当增大时，检测概率Pd和错误概率Pf都会减小。相比于其他情况的参数设置，要到达适当的提高Pd的效果，即在设定门限时，适当的降低门限，

8、牺牲一定的频谱利用率来保证主用户的正常通讯环境。察看时间间隔T：1，计算时间，频谱感知要求对环境到达实时的监测，因此时间T不宜过长2，判决准确度，信号的统计特性在瞬时并不确定，只需在适当长的时间内才干看出，因此要保证较长的时间来添加判决的准确度，从这个角度来看，T应该尽能够的长。循环平稳特性检测法v适用范围：具有二阶周期特性或循环平稳特性的信号。v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。接纳端可以获得一些参数，比如载波相位、脉冲同步或是接纳方向。由于周期性又会引起频谱冗余。vSx( 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S

9、UV( f)。v循环谱函数是关于f 和的函数，可得到一个三维图形。只需在0的谱频率分量上存在谱函数，即可断定信号的存在。v性能分析：v优点：能检测到调制类型，符号速率和能否存在扰。v缺陷：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纳信号强度的减弱而降低v仿真：在信号的循环频率处会有较高的谱，即可了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以下图表示在10DB情况下，信号的循环平稳特性。而且在=0处循环谱最大，在其他0处较小，可以看出信号只在循环频率处有谱峰值。载波提取法v适用范围：需预先知道授权用户的一些信息v检测原理：大多数的信号都需求调制到载波上再传输

10、，每个信号里都会有载波存在。信号处置判决的输入都有载频信号的存在，因此假设可以在接纳端检测到载波的存在，就是检测到存在信号。v把输出结果与门限进展比较，大于门限那么判决有信号。在理想情况下，输出应该为1。门限应该是略小于1的值。v性能分析：检测性能会随着多径和阴影衰落引起的接纳信号强度的减弱而降低，载波提取方法也需求预先知道发送信号的一些信息。几种方法的分析和比较v在仿真中，所用的信号类型是MSK信号，噪声是高斯白噪声。v仿真参数是：截短总时间T=256us，系统带宽Bs=64MHz，抽样速率Fs=128 MHz，MSK调制频Fc=16/Ts=32 MHz。 -20DB信噪比v 信号的功率谱图

11、v可以看出在低信噪比情况下信号的功率谱曾经隐藏在噪声中，能量检测器曾经不能正常任务了。v在同等参数的情况下，在循环频率2fc上的循环谱图，可以看出在低信噪比情况下噪声的影响很小，循环平稳检测器的任务性能依然优良。如以下图：v以上仿真信号功率一样，信噪比时-20DB的情况下，只需噪声输入情况下载波提取法的输出。假设以0.9作为载波提取法的比较门限，由图可以看出在噪声很大的情况下也不会出现错判。v仿真参数是：截短总时间T=32ms，系统带宽Bs=16MHz，抽样速率Fs=32 MHz。如右图：v由上面分析可知：v 循环平稳检测法和载波提取法的性能优良，v即使在低信噪比下也能正常地任务。相比之v下，能量检测法虽然实现简单，但是在低信噪v比下就不能满足频谱感知的要求了。本地感知的弊端v弊端：v1，缺乏主发送端信息，信号的本地感知不可防止地遭到干扰。v2，在阴影衰落、多径衰落、或是室内的穿透损耗很大的情况下，很近间隔内的主用户也有能够检测到。v因此认知无线电灵敏度应该比主用户接纳端的高很多来防止隐性终端问题处理方案v1，在本地感知的范围内，改良本地感知的方法。例如：改良能量检测法的方案：双门限法。v2，在本地感知的根底上提出结合感知的概