认知无线电
认知无线电中的协作频谱检测技术
Cooperative Spectrum Detection Techniques in Cognitive Radio
王海军,粟欣,王京
摘要：频谱检测技术是认知无线电中极其重要的环节，而协作式的频谱检测由于其良好的检测性能日益受到人们的关注。基于能量检测，协作频谱检测的算法主要有：与(AND)算法、或(OR)算法、计数算法、分区算法、似然比算法、线性加权算法和分布式无线通信系统(DWCS)算法。分析表明，这些协作检测算法能够改善系统的检测性能、减低干扰冲突、提高频谱利用率。
关键词：认知无线电；协作检测；检测概率；虚警概率
随着无线通信的飞速发展，频谱资源短缺问题日益严重。据统计，频谱资源在时间和空间上的利用率很低。引起这一矛盾现象的原因很大程度上在于目前固定式的频谱分配政策。
认知无线电是一种能够智能感知和适应周围无线通信环境的新技术。通过对频谱资源的感知和利用，认知无线电可以很好解决当前频谱分配不合理的问题[1]。目前，美国的联邦通信委员会(FCC)已经通过了频谱重用的提案，这一提案允许在电视系统等授权用户专用的频谱段中，引入非授权的认知用户[2]。为确保不影响当前授权用户对于该频段的使用，认知用户必须准确检测出当前频段是否被授权用户使用。因此，频谱检测成为认知无线电技术中极为关键的一部分。
目前，认知无线电的频谱检测技术中的能量检测得到了广泛应用。它算法简单，对于授权用户的信号没有先验知识要求，适合认知无线电系统中认知用户接收信噪比低的情况。由于无线通信的特殊环境，信号传播过程中存在多径、阴影效应等干扰因素，因此个别认知用户由于特殊的地理位置可能会出现较低的检测概率，从而加剧了对于授权用户的干扰。这时，可以结合能量检测使用协作检测技术。
目前，协作检测技术已经成为认知无线电的关键技术，得到了广泛的关注。
1 能量检测
假设认知用户每次检测授权用户频段上N 个连续样点：
其中，ni表示噪声，这里假设N个样点上叠加的都是独立同分布的高斯白噪声且ni～N(0,σ2)；xi 表示授权用户信号的第i 个样点，yi 表示认知用户检测到的第i 个信号，h表示信道增益，由于能量检测需要的检测时间极短，因此我们假设在检测期间h保持不变。采用二元假设，即H 0表示授权用户没有信号，该频段空闲，H 1表示授权用户正在占用该频段。
能量检测的目标就是通过对认知用户所检测到的信号yi 能量的检测，来判断假设H 0和H 1哪一个成立，能量检测器的输出如下：
由中心极限定理可知，当N 值较大时(一般N≥10)，T 近似的满足高斯分布。由于高斯分布具有比较简单的数学表达，因此一般能量检测中都采用该分布来描述：
其中，，即认知用户检测到的样本信号能量。
检测过程中，先设定一个阈值η，如果检测到T ≥η，那么认为假设H1成立，即授权用户正在使用当前频段；反之，如果检测到T <η，那么假设H0成立，当前频段空闲。由于T 近似的满足高斯分布，因此可以得到检测概率Pd 和虚警概率Pf：
的累积概率。
给定系统的检测概率Pd ，可以通过公式(5)得到阈值η，然后优化虚警概率Pf ；同样的，给定系统的虚警概率Pf，也可以通过公式(6)得到阈值η，然后优化检测概率Pd 。
2 协作检测技术
由于无线信道存在多径、阴影效应等因素，因此单一认知用户的检测在某些特殊情况下性能会很差，图1说明了由于阴影效应，认知用户1会错误检测到当前频段空闲，然后会使用该频段，从而对授权接收用户造成干扰。
解决这个问题的方法是采用协作检测，如图1中通过认知用户1和2的协作检测，虽然有阴影效应的影响，还是能够比较准确的检测出当前频段的使用情况。
认知无线电中的协作检测算法主要分为硬判决和软判决两类，下面分别介绍这两类中的常用算法。
2.1 硬判决算法
硬判决协作检测算法中，每一个认知用户的检测都采用硬判决，判决结果只包含“0”或者“1”两种，然后把“0”或者“1”发送到处理中心参与协作检测。硬判决协作检测常用的算法有与(AND)算法、或(OR)算法、计数算法等。
2.1.1 AND算法
AND算法[3]是一种简单算法，所有的用户检测当前频段的信号，判断当前频段是否空闲，然后把判断结果发给处理中心。处理中心接收到给定范围内认知用户的判断，采用AND算法：即当且仅当所有的用户都检测到授权用户的信号时，系统才会确认该频段正在被授权用户占用。假设有K 个认知用户参与协作，AND算法下检测概率Pd和虚警概率Pf 如下：
从公式(7)和(8)可以看到，AND算法同时减低了系统的检测概率Pd和虚警概率Pf，这就意味着更高的干扰冲突同时也有更高的频谱利用率。这里先给定一个授权用户能够容忍的干扰冲突界1-Pd，然后对于虚警概率Pf 的优化作一些简单的分析。
假设需要的检测概率为Pd，那么K 个协作认知用户的平均检测概率：
由公式(9)和公式(5)可以得到第i个用户的判决门限：
于是整个系统的虚警概率为：
由公式(8)可知，参与协作认知的用户越多，系统的虚警概率Pf 越小。由公式(9)和指数函数性质可知，K越大，认知用户需要的平均检测概率也越大。又由公式(10)和Q(x )性质可知，越大判决门限ηi 越小。而ηi 越小，该认知用户的虚警概率Pf,i越大。从这个意义上看，随着认知用户的增加，虚警概率不断恶化。因此，存在一个最优的协作用户数目K，既能满足系统的检测概率界Pd，又有最小的虚警概率Pf。目前最优的协作用户数目K一般通过计算机搜索得到。
上面的分析中假设了K个协作认知用户的平均检测概率，在实际的系统中，一般认为每个认知用户由于信道条件不一样，因此检测概率Pd,i也不尽相同，从而使对于最优协作用户数目K 的优化增加了难度。
2.1.2 OR算法
协作检测的OR算法基本类似AND算法，差别在于：只要有一个用户都检测到授权用户的信号时，系统就会确认该频段正在被授权用户占用。OR算法下检测概率Pd 和虚警概率Pf 如下：
从公式(12)、(13)可以看到，OR算法提高了系统的检测概率Pd，但同时也提高了虚警概率Pf 。同AND算法类似，在检测概率Pd 给定的情况下，OR算法的协作用户数目K也存在一个最优值。事实上，每引入一个新的协作认知用户，由于采用了OR算法，因此会提高虚警概率Pf 。同时，在OR算法下协作用户数目K 的增大使得每个用户的检测概率Pd,i 可以减小，对应的每个用户的虚警概率Pf,i会减小，系统的虚警概率Pf也会减小。
2.1.3 计数算法
计数算法[4]是对AND算法和OR算法的改进，在计数算法中，处理中心接收到给定范围内认知用户的判断，采用计数算法，即当且仅当有一定数量的用户都检测到授权用户的信号时，系统才会确认该频段正在被授权用户占用。可以看到，AND算法和OR算法是计数算法的两个特例，前者要求的数量是K，而后者要求的数量是1。
计数算法中，每个认知用户的判决准则如下：
并且可以得到Ri 的离散分布：
在处理中心，判决准则如下：
分析一下系统的检测概率Pd和虚警概率Pf 。假设每个认知用户之间彼此独立，利用中心极限定理，基本满足高斯分布，其均值和方差如下：
因此，系统的检测概率Pd 和虚警概率Pf 如下：
当给定了系统的检测概率Pd 后，可以计算出阈值β和相应的虚警概率Pf，前提是每个认知用户的检测概率和虚警概率已知。事实上，对公式(17)、(18)、(19)和(20)的联合优化，即在给定检测概率Pd 的条件下优化每个认知用户的参数从而得到最小的虚警概率Pf 是一个非常复杂的问题，目前一般通过计算机仿真方法给出优化结果。
2.2 软判决算法
在信道条件比较好的时候，认知用户硬判决可信度比较高，但是当检测到的信号能量值和阈值接近时，硬判决的误差就很明显，这时候需要引入软判决。软判决协作检测算法中，每一个认知用户的检测都采用软判决，检测结果可以是似然比值，也可以是能量值；然后把软判决结果发送到处理中心。
软判决协作检测算法常用的有分区算法、似然比算法、线性加权算法等[5-6]。此外，本文还提出了一种基于分布式无线通信系统(DWCS)的认知无线电系统。
2.2.1 分区算法
分区算法[7]是一种综合利用了硬判决和软判决的方法。如图2所示，分区算法中存在两个能量阈值η1和η2(每个用户的阈值可以不一样)，每个认知用户判决准则如下：
每个认知用户把判决结果Ri发送到处理中心，处理中心先把判决结果Ri分类，硬判决(0或者1)可以采用上述的AND算法、OR算法或者计数算法，假设采用OR算法；对于软判决(能量值Ti )，处理中心的判决为：
这里假设K个协作用户中的第1到第M 个用户提供软判决结果，同时引入了软判决阈值ηs。由于基本满足高斯分布，因此可以通过高斯概率密度分布函数计算S 的分布。
综上所述，分区算法的最终判决准则为：
分区算法在信道条件好的认知用户中采用了硬判决，而在信道条件较差的认知用户中采用了软判决，图3的仿真结果表明，该方法相对于传统的硬判决OR算法能够有很好的性能改进。
2.2.2 似然比算法
似然比算法采用似然值作为检测的依据，是一种完全的软判决算法。理论研究和仿真结果表明，似然比检测是性能最优的检测方法，其缺点在于算法复杂度比较高。似然比检测过程中，每个认知用户检测当前频段的信号，把检测到的信号能量值转化为似然比，然后发送给处理中心；处理中心根据每个认知用户的似然必，采用一定的判决算法判断当前频段是否空闲。对于认知用户i，检测到的信号能量Ti 转化为似然比：
由信号能量Ti 满足高斯分布以及公式(3)、(4)，可以得到：
在处理中心可以采用似然比乘积的方法联合检测：
理想情况下阈值η取1，实际应用中阈值η需要多次测量或仿真给出。对于某些特殊情况，个别用户的似然比会过大或者过小，从而影响联合检测的结果。针对这一问题，文献[8]提出一种改进的似然算法：
2.2.3 线性加权算法
线性加权算法也是一种软判决算法，相对于似然比算法而言，线性加权算法能够以较小的性能损失显著的减低复杂度，因此逐渐成为认知无线电联合检测技术中的热点之一。下面简单介绍几种能量检测的线性加权算法。
在线性加权算法中，每一个认知用户首先检测当前频段上的信号能量Ti ，然后把Ti 直接发送给处理中心，处理中心在收到所有认知用户的信号能量后，作加权处理：
ω1,ω2……ωk为加权系数。
同样的利用中心极限定理可以知道加权后的能量值S 基本满足高斯分布，因此在计算出S 的均值和方差后，通过设定一个总的判断阈值η，利用高斯分布概率函数就能得到检测概率Pd 和虚警概率Pf 。
线性加权算法的关键在于加权系数ω1,ω2……ωk的设定。目前常用的加权系数有：
(1)均值加权
均值加权系数ωi =1/K ,i =1,2……K，该线性加权方法类似于计数算法，差别在于计数算法中处理中心得到的是“0”或者“1”的二元判断信息，而均值加权中处理中心得到了认知用户的全部检测信息，因此均值加权性能明显要优于计数算法。
(2)信噪比加权
考虑到认知用户信道条件的差异性，均值加权不是一个合理的加权方法。信噪比加权中，信道条件好的认知用户，即接收到检测信号信噪比高的用户，加权系数也高，公式如下：
其中，表示第i 个认知用户的接收信噪比
(3)最优加权
求解最优加权系数ω1,ω2……ωk比较复杂，目前还没有一个明确的解析解。文献[9]给出了一个通过逐步搜索计算求解最优加权系数的方法，并通过仿真表明：最优线性加权的性能基本接近似然比算法。此外文献[10]还给出了一种二次线性加权的最优线性加权算法。
需要指出的是，当认知用户的接收信噪比较低时，信噪比加权的性能基本接近最优加权。在实际系统中，由于认知用户一般离授权用户较远，满足接收信噪比低的条件，因此通常
采用信噪比加权。
2.2.4 DWCS算法
DWCS最早由清华大学无线中心提出[11]，目的在于通过分布式的网络架构来解决蜂窝通信中面临的一系列问题。在认知无线电系统中引入分布式无线通信系统的原因有两个：第一，在有中心的协作认知无线电中，不管是硬判决还是软判决，都需要从认知用户到处理中心的控制信道。硬判决的话只需要传“0”和“1”二元码，对控制信道的要求比较低；软判决需要传送软信息，因而对控制信道的要求比高。第二，在认知无线电系统中，由于认知用户需要检测的信号接收信噪比一般都比较低，因此要求作为终端的认知用户接收机具有非常高的灵敏度，这就造成了终端用户的成本比较高。采用分布式无线通信系统的架构能够很好的解决这两个问题。
分布式的认知无线电系统主要特征为：第一，系统有大量的分布式天线，这些分布式天线通过光纤连接到处理中心；第二，当前频谱的检测由分布式天线完成，分布式的天线把检测的结果发送给处理中心，处理中心可以采用硬判决，也可以采用软判决，一般倾向于采用软判决；第三，当处理中心检测到当前的频谱空闲时，通过分布式天线以广播的方式通知各天线范围内的认知用户可以使用该频段。
基于分布式的认知无线电系统很好地解决了控制信道和终端用户复杂的问题，同时在频谱检测过程中，系统可以采用上述的任何一种协作方式，具有很大的潜在优势。由于光纤的信道条件远远优于原来认知用户到处理中心的无线信道，因此在检测性能上还能有更大的增益。在实际应用中，基于分布式的认知无线电系统可以很好地用于室内覆盖、局域网、突发通信等。关于分布式认知无线电系统的协作感知、数据融合以及资源分配等新课题的研究正在逐步展开。
3 结束语
近年来，认知无线电作为一种解决频谱资源短缺问题的新技术得到了人们的关注。频谱感知是认知无线电中极为重要的环节。本文介绍了认知无线电中频谱感知常用的能量检测算法，在此基础上介绍了AND算法、OR算法、计数算法、分区算法、似然比算法、线性加权算法和DWCS算法。这些协作检测算法能够改善系统的检测性能，降低干扰冲突，提高频谱利用率，因此在认知无线电系统中得到了广泛的应用。而这些协作检测算法涉及的优化算法以及如何降低算法复杂度的问题，还有待于进一步的深入研究。
认知无线电的发展历程与现状
认知无线电的发展历程与现状 认知无线电的发展历程与现状 摘要：认知无线电是一种通过与其运行环境交互而改变其发射参数从而提高频谱利用率的新的智能技术，其核心思想是CR具有学习能力，能与周围环境交互 信息，以感知和利用在该空间的可用频谱，并限制和降低冲突的发生，认知无线电就是通过频谱感知(Spectrum Sensing )和系统的智能学习能力，实现动态频谱分配(DSA dynamic spectrum allocation )和频谱共享(Spectrum Shari ng )。本文主要分析认知无线电的起源，认知无线电的关键技术概要，认知无线电的相关标准化进程以及认知无线电的应用场景等多个方面，对认知无线电进行一个概述，从而加深对无线电的认知与了解。关键字：认知无线电、起源、关键技术、标准化、应用 随着无线通信需求的不断增长，对无线通信技术支持的数据传输速率的要求越来越高。根据香农信息理论，这些通信系统对无线频谱资源的需求也相应增长，从而导致适用于无线通信的频谱资源变得日益紧张，成为制约无线通信发展的新瓶颈。另一方面，已经分配给现有很多无线系统的频谱资源却在时间和空间上存在不同程度的闲置。为解决无线频谱资源紧张的问题，出现了许多先进的无线通信理论与技术，如链路自适应技术、多天线技术等。这些技术虽然能提高频谱效率，但仍受限于Sha nnon理论。 美国联邦通信委员会的大量研究表明：ISM频段以及适用于陆地移动通信的2GHz 左右授权频段过于拥挤，而有些授权频段却经常空闲。因而提出了认知无线电。认知无线电是一种智能频谱共享技术。它通过感知频谱环境、智能学习并实时调整其传输参数，实现频谱的再利用，进而显著地提高频谱的利用率，通过从时间和空间上充分利用那些空闲的频谱资源，从而有效解决上述难题。 1. 认知无线电的发展历程
认知无线电技术
现代通信系统 论文 题目：认知无线电技术 姓名：朱雪峰 学院：潇湘学院 专业：通信工程 班级： 001 学号： 1254040121 指导教师：钟斌 2015年11月1日
目录 一、引言 (2) 二、认知无线电的基本概念 (2) 三、认知无线电的功能与实现 (4) 1.认知无线电的主要功能 (4) 2.认知无线电的实现关键 (5) 四、认知无线电的标准化 (7) 五、认知无线电的管制与应用情况 (8) 六、未来发展与展望 (9)
认知无线电技术的研究及发展 【摘要】认知无线电技术作为软件无线电技术的一个特殊扩展，受到日益广泛的关注。由于该技术能够自动检测无线电环境，调整传输参数，从空间、时间、频率、调制方式等多维度共享无线频谱，可以大幅度提高频谱利用效率。本文首先从认知无线电技术的定义入手，分别讨论了认知无线电的基本概念、功能与实现、标准化的进程。然后介绍了当前应用状况，最后分析了未来的发展及面临的挑战。 一、引言 随着无线通信技术的发展，人们可以获得的带宽不断地增加，移动通信的数据速率从10 kbit/s增长到2 Mbit/s，在不久的将来还可能提高到上百兆比特每秒。但即使如此，也无法满足人们日益增长的无线接入需求。为了缓解这一矛盾，一方面，人们不断开发新的无线接入技术，利用新的频段来提供各种业务；另一方面，不断改进各种编码调制方式，提高频谱效率。但由于移动终端天线尺寸和功率的限制，可以用于无线接入的频段很有限。在提高频谱效率方面，目前较为先进的CDMA空中接口技术，如HSDPA可以达到1 bit/（s·Hz）的频谱效率，将来OFDM和MIMO技术的应用也只能达到3-4 bit/（s·Hz）的频谱效率。3-4倍的频谱效率的提高对于人们成百上千倍的带宽需求增长是微不足道的。认知无线电技术的出现，为解决频谱资源不足、实现频谱动态管理及提高频谱利用率开创了崭新的局面。 二、认知无线电的基本概念 认知无线电（cognitive radio，CR）的概念是由Joseph Mitola博士提出的，他在1999年发表的一篇学术论文[1]中描述了认知无线电如何通过一种“无线电知识表示语言（RKRL）”的新语言提高个人无线业务的灵活性。随后在2000年瑞典皇家科学院举行的博士论文答辩中详细探讨了这一理论[2]。 认知无线电也被称为智能无线电。从广义上来说是指无线终端具备足够的智能或者认知能力，通过对周围无线环境的历史和当前状况进行检测、分析、学习、推理和规划，利用相应结果调整自己的传输参数，使用最适合的无线资源（包括频率、调制方式、发射功率等）完成无线传输。认知无线电能够帮助用户自动选择最好的、最廉价的服务进行无线传输。甚至能够根据现有的或者即将获得的无线资源延迟或主动发起传送。 由定义可以看出。认知无线电的一个最大优势就是无线用户可以通过该技术实现“频谱共享”。目前大多数频谱已经被划分给不同的许可持有者（又称为首要用户），包括移动通信、应急通信、广播电视等。但是随着用户需求的增长，简单地通过开发新的无线接入技术和使用新的频点已经无法充分满足市场需求。 近年来，很多学者通过监测分析当前无线频谱使用状况发现，虽然大部分频谱已经被分配给不同的用户，但是在相同时间、相同地点频谱的使用却非常有限。常常是大部分频点未被使用，而某些热点频率又处于超负荷运行。美国联邦通信管理委员会（FCC）充分注意到了这一点，于2002年11月出版了频谱政策任务组撰写的一份报告[3]，该报告指出，当前分配的绝大多数频谱的利用率为15%-85%。因此FCC认为当前存在的最主要问题并不是没有频谱可用，而是现有的频谱分配方式导致资源没有被充分利用。只有彻底改变当前固定频谱分配政策，部分甚至全部采用动态频谱分配政策，使多种技术可以实现“频谱共享”，才能
认知无线电验证平台场景设计
认知无线电 验证平台场景设计 2008-11-14 赵琳陈翼翼
目录 一、系统结构图 (3) 二、系统基本背景介绍 (3) 三、缩略语说明 (4) 四、场景案例设计 (4) 1.CR001：全频段内不存在PU时，SU接入核心网 (4) 2.CR002：全频段内不存在PU时，SU间进行网内通信 (5) 3.CR003：仅某几个子信道存在PU时，SU接入核心网 (5) 4.CR004：仅某几个子信道存在PU时，SU间进行网内通信 (6) 5.CR005：全频段内存在PU时，SU不能进行通信 (7) 6.CR006：全频段内不存在PU时，某SU伪装成PU占用某几个子信 道 (7) 7.CR007：全频段内不存在PU时，某SU伪装成PU占用全频段 (8) 8.CR008：仅某几个子信道存在PU时，系统未检出，但SUBS执行 的信道分配策略不会对通信造成干扰 (9) 9.CR009：仅某几个子信道存在PU时，系统未检出，且SUBS执行 的信道分配策略会对通信造成干扰 (10) 10.CR010：SU占用某几个信道时，PU强行接入 (11) 11.CR011：SU占用某几个信道时，PU退避接入 (11) 12.CR012：比较不同检测方法 (12) 13.CR013：比较不同合并算法 (13) 五、附录 (14) 1.利用峰均功率比的增强型能量检测法 (14) 2.合并算法介绍 (15) 2.1结果合并模型的背景介绍 (15) 2.2不同的结果合并模型 (15) 2.3模型比较及优缺点分析 (17)
一、系统结构图 图1 系统结构图 二、系统基本背景介绍 1.该系统内存在2个主要用户（PU）。PU编号为PU0~PU1。 2.该系统内存在1个次级用户基站（SUBS），3个次级用户（SU）。SU编号 为SU0~SU2，都具有感知功能，并且均可采用不同的频谱检测方法进行检测。 3.在广播电视频段54~862MHz上选取20MHz。设定该系统工作在这20MHz 的频段内。将整个频段划分为40个500KHz的子信道（SCH），编号为0~39。 4.采用集中式的结构，1个SUBS管理所有的SU。SUBS具有绝对管理权，即 SUBS控制SU的频谱检测、接入空闲频段等一切操作。 5.SUBS维持一个子信道可用性分类的可见表格。这个功能表中，将子信道按 可用状态分类，比如被占用（如正在传输PU信号）、可用（可被SU用户占用）、禁止使用（不能被使用）等。 6.BS接入核心网（CN）。SU可以通过SUBS接入CN进行网间通信。网间通 信包括语音、图像、视频等业务。 7.SU之间可以通过SUBS的中转实现网内通信，但SU之间不能直接进行通信。 网内通信包括语音、图像、视频等业务。 8.存在一个静默期，划分为检测期和上报期。在检测期内，SUBS控制SU进行 频谱检测；在上报期内，SU向SUBS上报检测结果。[猜想] 9.基本场景中，SU采用能量检测法进行频谱检测。SUBS采用K秩准则进行结 果合并。有关不同检测算法、合并算法的比较均在扩展场景中进行。
认知无线电的发展历程与现状
认知无线电的发展历程与现状 摘要：认知无线电是一种通过与其运行环境交互而改变其发射参数从而提高频谱利用率的新的智能技术，其核心思想是CR具有学习能力，能与周围环境交互信息，以感知和利用在该空间的可用频谱，并限制和降低冲突的发生，认知无线电就是通过频谱感知（Spectrum Sensing）和系统的智能学习能力，实现动态频谱分配（DSA：dynamic spectrum allocation）和频谱共享（Spectrum Sharing）。本文主要分析认知无线电的起源，认知无线电的关键技术概要，认知无线电的相关标准化进程以及认知无线电的应用场景等多个方面，对认知无线电进行一个概述，从而加深对无线电的认知与了解。 关键字：认知无线电、起源、关键技术、标准化、应用 随着无线通信需求的不断增长，对无线通信技术支持的数据传输速率的要求越来越高。根据香农信息理论，这些通信系统对无线频谱资源的需求也相应增长，从而导致适用于无线通信的频谱资源变得日益紧张，成为制约无线通信发展的新瓶颈。另一方面，已经分配给现有很多无线系统的频谱资源却在时间和空间上存在不同程度的闲置。为解决无线频谱资源紧张的问题，出现了许多先进的无线通信理论与技术，如链路自适应技术、多天线技术等。这些技术虽然能提高频谱效率，但仍受限于Shannon理论。 美国联邦通信委员会的大量研究表明：ISM频段以及适用于陆地移动通信的2GHz左右授权频段过于拥挤，而有些授权频段却经常空闲。因而提出了认知无线电。认知无线电是一种智能频谱共享技术。它通过感知频谱环境、智能学习并实时调整其传输参数，实现频谱的再利用，进而显著地提高频谱的利用率，通过从时间和空间上充分利用那些空闲的频谱资源，从而有效解决上述难题。 1.认知无线电的发展历程 认知无线电的概念是由Joseph Mitola博士在1999年提出的，他认为认知无线电可以使SDR从预置程序的盲目执行者转变为无线电领域的智能代理，并在论文中描述了认知无线电如何通过无线电知识表示语言（RKRL）来提高个人无线业务的灵活性。2004年Rieser支出认知无线电不一定必须有SDR的支撑，他提出基于遗传算法的生物启发认知模型更适用于可快速部署的灾难通信系统。该认知模型可对无线电系统的物理层和MAC层烦人演进建模，主要由三部分组成，包括用于监听无线环境，进行信道建模的无线信道遗传算法（WCGA）、演进并自适应无线环境的无线通信遗传算法（WSGA）和根据无线电信道模型和无线电参数，监视并改变系统的状态，以决定如何适应无线电的认知监视系统（CSM）。 2003年5月，FCC召开了无线电研讨会，讨论了利用认知无线电技术实现灵活频谱利用的相关技术问题。并且对从频谱管理的角度出发对认知无线网进行了官方定义，认为认知无线电是指能够通过与工作环境的交互，改变发射参数的无线电设备。针对频谱利用率低的现状，FCC提出采用认知无线电技术实现“开放
认知无线电之频谱共享技术
软件无线电课程论文 论文题目：认知无线电之频谱共享技术 姓名： 学号： 班级： 目录 目录 2 摘要 3 1 引言 3 2 研究现状 3 3 基本原理和算法 3 4 分布式动态频谱共享系统系统模型 3 5 个人理解和体会 3 6 参考文献 3 摘要 当前,无线频谱资源的紧缺是限制无线通信与服务应用持续发展的瓶颈。认知无线电(Cognitive Radio,CR)作为一种新兴的技术,它改变了传统的由政府授权使用无线电频谱的方式,它以频谱利用的高效性为目标,允许非授权用户机会式利用授权用户的频谱空洞传输,被认为是解决无线频谱资源紧缺问题的一种新方法。基于认知无线电技术进行频谱共享,能大大降低频谱和带宽限制对无线通信技术发展的束缚,极大地改变目前无线频谱资源日益紧缺的状况.本文将从研究现状、原理等简单介绍认知无线电中的频谱共享技术。 关键字：认知无线电频谱共享技术频谱利用频谱分配 1 引言 基于认知无线电技术进行动态频谱共享,能大大降低频谱和带宽限制对无线通信技术发展的束缚,极大地改变目前无线频谱资源日益紧缺的状况.动态频谱共享本质上是一种多目标优化问题,由于所有参与者(包括主用户和认知用户) 具有不同的目标和利益,彼此之间的决
策行为相互影响,并存在竞争和协作关系. 如何设计频谱的使用规则和相关接入机制,协调所有参与者的行为实现有效的频谱共享,满足各自不同的利益需求就成为关键问题. 目前,利用博弈论的方法分析动态频谱分配策略研究逐渐被研究者关注. 目前普遍采用的非合作博弈模型中,理性的博弈者总是追求自身利益最大化,从而导致博弈的纳什均衡偏离全局最优状态. 解决这一问题的一种有效方法用户效用函数的设计中,除了包括用户自身的收益之外,还将自身行为对其他用户造成的影响考虑在内. 每个用户在追求自身效用最大化的同时兼顾了其他人的利益,其结果使得非合作博弈的均衡状态收敛于系统的最优状态. 2 研究现状 认知无线电的频谱共享技术在提高频谱利用率方面的价值引起了各国电信管制机构的兴趣，不过由于认知无线电的技术和概念都非常超前，多数国家仍在研究讨论当中，只有美国的FCC已经正式批准具备认知无线电性能的设备进入市场。 近年来美国希望大力发展宽带无线接入业务，但由于频谱资源匮乏，亟需寻找新的频段给新的接入技术。美国是最早推动和批准使用认知无线电设备的国家。FCC从2003年就开始尝试引入认知无线电提高频谱的利用。2003年12月，FCC公布了《使用认知无线电技术促进频谱利用的通知》，就《FCC规则第15章（FCC rule part 15）》（用于数字式设备和低功发射机的法规）进行了修订，并于2005年10月，正式批准了关于引入认知无线电技术、使用认知无线电设备的法规。 FCC认为目前最适合应用认知无线电技术的是UHF中分配给电视广播业务的6 MHz频段，因为目前该频段在美国利用率很低，通过允许其它免许可设备使用这个频段，不仅可以提高频率利用率，而且还可以推广宽带无线接入业务，因为这个波段传播距离远，适合为偏远地区提供服务，可以促进美国社会的宽带普及。FCC认为认知无线电技术还可以在高频率频段发挥作用，如100 GHz以上的频段在美国的使用率只有5%-10%。 认知无线电的频谱共享技术听起来是个十分新颖的概念，但事实上无线局域网（WLAN）领域已经开始利用认知无线电技术的频谱共享技术。 WLAN是最早利用认知无线电频谱共享技术的无线通信系统。FCC等法规机构要求802.11a无线电能检测雷达信号并避免与它们形成干扰，这种躲避雷达的能力要求系统具有强大的CR类自适应能力，而这只是WLAN-CR功能的开始。 无论在军用还是民用领域，认知无线电的研究与应用都处于起步阶段。在军用领域，美国国防部高等研究计划署（DARPA）于2003年成立了下一代通信计划（XG），着眼于开发认知无线电的实际标准和动态频谱管理标准。2003年开始，Raytheon公司与DARPA签订了下一代无线通信计划的合同。从事认知无线电相关的技术研究与开发。在民用领域，Motorola、Intel等公司也已经成立认知无线电研究组并开始开展相关的研究。 3 基本原理和算法 3.1频谱共享技术概述 采用高效频谱利用技术，首先需要重新认识频谱，频谱不是具体和有限的资源，它是抽象和无限的资源，对其利用率高低取决于所采用的技术。其次，需要详细探讨能充分利用频谱的高效频谱利用技术。近年来随着智能天线、高性能数字处理器，新型扩频码、多址接入技术，软件无线电、智能无线电、感知无线电，动态频谱分配和共享等新技术的迅猛发展，为频谱高效利用提供了可能。 在这些改善频谱利用的新技术中，多无线电系统动态频谱分配与共享技术能显著提高整体频谱利用率，从长远看是提高频谱利用率的根本方法。但动态频谱分配需要改变现有频谱分配总体结构，对频谱管理、网络结构、通信终端等方面改变较大，近期看，实现难度较大。而频谱共享技术在不改变现有频谱分配总体结构下，通过不同无线电系统频谱共享来提高频
认知无线电技术
认知无线电技术 相信童鞋们都对大名鼎鼎的认知无线电技术有所耳闻，那到底是个什么东东呢？下面射频君就来给大家普及一下认知无线电的基本知识。随着无线通信需求的不断增长，对无线通信技术支持的数据传输速率的要求越来越高。根据伟大的香农同志所提出的信息理论，这些通信系统对无线频谱资源的需求也相应增长，从而导致适用于无线通信的频谱资源变得日益紧张，成为制约无线通信发展的新瓶颈。另一方面，已经分配给现有很多无线系统的频谱资源却在时间和空间上存在不同程度的闲置。问题出现了，解决发法捏？因此，伟大的科学家筒子们提出了采用认知无线电(CR，全称Cognitive Radio)技术，通过从时间和空间上充分利用那些空闲的频谱资源，从而有效解决上述难题。认知无线电是一种智能频谱共享技术，通过智能学习以及对频谱环境的感知对传输参数进行实时的调整，能够对频谱的利用率进行显著的提升。 “无线电之父”Mitola的概念模型包括硬件和软件。其软件部分由基础软件和智能软件构成。硬件部分重点使用软件无线电的基本体系结构，由安全模块、调制解调器、天线、射频、基带信号处理和用户接口部分构成。调制解调器可以解决收发信号的调制解调以及均衡信号的问题；天线是为了接收并发射无线电信号；射频前端由无线电信号的放大以及其必要变换构成；基带处理模块能够解决网络中的各种协议与控制问题，兼容不同的网络；用户接口部分可以根据RKRL语言满足不同的接口服务，同时使用关于用户需要的支持自动推理的方
法，实现个人通信服务。 1. 频率侦听 认知无线电技术在应用中，能够对频谱进行连续的侦听，以此对没有占用的频谱进行及时的发现，在不对主用户造成干扰的情况下对用户的再次出现进行快速的检测，以此便于为用户腾出相应的带宽。要想对该功能进行实现，就需要对一种新的功能-频谱侦听技术进行运用，能够获得非常高的检测率。而受到检测能力的限制以及阴影衰落以及多径情况的影响，为了能够更为准确的对用户不同的接收功率进行检测，该技术在带宽频率捷变以及前端灵敏度方面具有更高的要求。在早期，其对周期平稳过程以及导频信号技术进行应用，并不能够对频谱检测的可靠性进行满足。而就目前来说，则可以通过DF、AF以及CF协议的应用对其频谱侦听能力进行提升。 2. 动态频谱分析 在现今的频谱研究中，欧洲地区的很多项目已经对不同网络的动态频谱分配算法进行了研究，而对于认知无线电网络来说，用户在可用信道、位置以及数量方面的需求具有着变化的特征，并因此使这部分技术存在着不完全适用的情况。考虑到目前动态频谱分配在标准、政策以及接入协议等方面的限制，基于频谱统筹策略是现今应用较多的频谱共享技术，在该技术中，其思想即首先将不同业务的频谱合并成一个公共的频谱池，之后再将其划分为不同的信道。没有得到授权的用户，则可以对这部分空闲的信道进行临时的占用。对于该策略来说，对信道应用的公平性以及利用率进行了充分的考虑，可以说是一个受
认知无线电原理技术与发展趋势
摘要：认知无线电是指具有自主寻找和使用空闲频谱资源能力的智能无线电技术。认知无线电技术的提出，为解决不断增长的无线通信应用需求与日益紧张的无线频谱资源之间的矛盾提供了一种有效的解决途径。当前，认知无线电技术从理论到实践都面临很多困难。文章简述了认知无线电的基本原理，对认知无线电涉及的射频、频谱感知和数据传输等物理层核心关键技术进行了总结分析，并结合当前的发展状况对该技术未来的发展趋势进行了预测。 关键词：认知无线电；频谱感知；数据传输；网络体系与协议 Abstract: Cognitive Radio (CR) is an intelligent radio technology which has the capability to search and utilize underutilized spectrum resources. CR has been recognized as an effective solution to the dilemma introduced by the rapid growth of wireless communications and the scarcity of spectrum resources. However, from theory to practical applications, there are many challenges faced by CR currently. In this paper, the key physical layer techniques of CR, such as radio frequency front-end, spectrum sensing and data transmission, are discussed. According to the status of the research, the development tendency of this technology is also predicted. Key words: cognitive radio; spectrum sensing; data transmission; network architecture and protocol 随着无线通信需求的不断增长，对无线通信技术支持的数据传输速率的要求越来越高。根据香农信息理论，这些通信系统对无线频谱资源的需求也相应增长，从而导致适用于无线通信的频谱资源变得日益紧张，成为制约无线通信发展的新瓶颈。另一方面，已经分配给现有很多无线系统的频谱资源却在时间和空间上存在不同程度的闲置。因此，人们提出采用认知无线电(CR)技术，通过从时间和空间上充分利用那些空闲的频谱资源，从而有效解决上述难题。 这一思想在2003年美国联邦通信委员会(FCC)的《关于修改频谱分配规则的征求意见通知》中得到了充分体现，该通知明确提出采用CR技术作为提高频谱利用率的技术手段。此后，CR技术受到了产业界和学术界的广泛关注，成为了无线通信研究和市场发展的新热点。然而，CR技术从理论到大规模实际应用，还面临很多挑战。这些挑战包括了技术、政策和市场等诸多方面。本文从技术的角度，总结分析CR的基本原理、关键技术，并对将来技术发展趋势进行预测。 1 认知无线电基本原理 1.1 认知无线电的概念与特征 自1999年“软件无线电之父”Joseph Mitola Ⅲ博士首次提出了CR的概念并系统地阐述了CR的基本原理以来，不同的机构和学者从不同的角度给出了CR的定义[1-3]，其中比较有代表性的包括FCC和著名学者Simon Haykin教授的定义。FCC认为：“CR是能够基于对其工作环境的交互改变发射机参数的无线电”[4]。Simon Haykin则从信号处理的角度出发，认为：“CR是一个智能无线通信系统。它能够感知外界环境，并使用人工智能技术从环境中学习，通过实时改变某些操作参数(比如传输功率、载波频率和调制技术等)，使其内部状态适应接收到的无线信号的统计性变化，以达到以下目的：任何时间任何地点的高度可靠通信；对频谱资源的有效利用。”
认知无线电中频谱感知技术研究 Matlab仿真 免费分解
毕业设计（论文）题目：认知无线电中频谱感知技术研究专业： 学生姓名： 班级学号： 指导教师： 指导单位： 20分太坑爹了。老子放个免费的 日期：年月日至年月日
摘要 无线业务的持续增长带来频谱需求的不断增加，无线通信的发展面临着前所未有的挑战。无线电频谱资源一般是由政府统一授权分配使用，这种固定分配频谱的管理方式常常会出现频谱资源分配不均，甚至浪费的情形，这与日益严重的频谱短缺问题相互矛盾。认知无线电技术作为一种智能频谱共享技术有效的缓解了这一矛盾。它通过感知时域、频域和空域等频谱环境，自动搜寻已授权频段的空闲频谱并合理利用，达到提高现有频谱利用率的目的。频谱感知技术是决定认知无线电能否实现的关键技术之一。 本文首先介绍了认知无线电的基本概念，对认知无线电在 WRAN 系统、UWB 系统及 WLAN 系统等领域的应用分别进行了讨论。在此基础上，针对实现认知无线电的关键技术从理论上进行了探索，分析了影响认知网络正常工作的相关因素及认知网络对授权用户正常工作所形成的干扰。从理论上推导了在实现认知无线电系统所必须面对的弱信号低噪声比恶劣环境下，信号检测的相关方法和技术，并进行了数字滤波器的算法分析，指出了窗函数的选择原则。接着详细讨论了频谱检测技术中基于发射机检测的三种方法：匹配滤波器检测法、能量检测法和循环平稳特性检测法。为了检验其正确性，借助 Matlab 工具，在Matlab 平台下对能量检测和循环特性检测法进行了建模仿真，比较分析了这两种方法的检测性能。研究结果表明：在低信噪比的情况下，能量检测法检测正确率较低，检测性能远不如循环特征检测。 其次还详细的分析认知无线电的国内外研究现状及关键技术。详细阐述了频谱感知技术的研究现状和概念，并指出了目前频谱感知研究工作中受到关注的一些主要问题，围绕这些问题进行了深入研究。 关键词：感知无线电；频谱感知；匹配滤波器感知；能量感知；合作式感知；
认知无线电关键技术及应用的研究现状
https://www.sodocs.net/doc/9a19032934.html, 认知无线电关键技术及应用的研究现状1 郭彩丽,张天魁,曾志民,冯春燕 北京邮电大学通信网络综合技术研究所（100876） Email:caili_guo7@https://www.sodocs.net/doc/9a19032934.html, 摘 要：归纳了认知无线电功能的演进，讨论了其相关频谱政策和标准化工作的进展，并重点对频谱侦听和主用户检测、动态频谱分配、功率控制等关键技术及认知无线电在无线区域网WRAN、Ad Hoc网络、UWB系统中应用的研究现状做了分析。在此基础上探讨了认知无线电技术未来发展值得关注的热点问题。 关键词：认知无线电； 频谱侦听；主用户检测；动态频谱分配；功率控制 1引言 目前随着无线通信业务需求的快速增长，可用频谱资源变得越来越稀缺。人们通过采用先进的无线通信理论和技术，如链路自适应技术、多天线技术等努力提高频谱效率的同时，却发现全球授权频段，尤其是信号传播特性比较好的低频段的频谱利用率极低。以美国为例，美国联邦通信委员会(FCC, Federal Communications Commission)的大量研究报告说明频谱的利用情况极不平衡，一些非授权频段占用拥挤，而有些授权频段则经常空闲[1]。来自美国国家无线电网络研究实验床(NRNRT, National Radio Network Research Testbed)项目的一份测量报告表明3GHz以下频段的平均频谱利用率仅有 5.2%[2]。因此近几年来，能够对不可再生的频谱资源实现再利用的频谱共享技术受到了人们的广泛关注。 现有的频谱共享技术，如工业、科学和医用(ISM,Industrial, Scientific, and Medical)频段开放接入、工作于3GHz～10GHz频段的超宽带(UWB, Ultra-Wide Band)系统与传统窄带系统共存等技术通常应用于固定频段的共享，或受限于发送功率的短距离通信。这些技术在提高频谱利用率的同时却增加了干扰，限制了通信系统的容量和灵活性。认知无线电(CR, Cognitive Radio) [3,4,5]作为一种更智能的频谱共享技术，能够依靠人工智能的支持，感知无线通信环境，根据一定的学习和决策算法，实时自适应地改变系统工作参数，动态的检测和有效地利用空闲频谱，理论上允许在时间、频率以及空间上进行多维的频谱复用。这将大大降低频谱和带宽的限制对无线技术发展的束缚。因此这一技术被预言为未来最热门的无线技术。 2CR功能的演进 CR的概念虽新，但其思想已在无线通信的许多领域得到了应用。典型的例子有：工作于45MHz左右的无绳电话系统采用一种信道自动选择机制避免使用已占用的信道；免授权1本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金（项目编号：2003001312）资助 - 1 -
认知无线电技术介绍
认知网络课程学习报告题目：认知无线电技术简介
目录 1、认知无线电简介 ………………………………………………………………………………………………………….- 1 - 1.1 技术产生背景.................................................................................................................. - 1 - 1.2 基本理念和平台结构..................................................................................................... - 1 - 1.3 认知无线电的发展及研究现状 .................................................................................... - 3 - 2、认知网络关键技术................................................................................................................... - 4 - 2.1 频谱检测技术.................................................................................................................. - 4 - 2.2 自适应频谱资源分配技术............................................................................................. - 5 - 2.3 认知无线电下的频谱管理............................................................................................. - 5 - 3、认知无线电的标准化............................................................................................................... - 6 - 4、认知无线电的应用场景........................................................................................................... - 7 - 5、结语............................................................................................................................................ - 9 - 参考文献........................................................................................................................................ - 10 -
认知无线电
航天器通信技术的发展和应用课程报告 《认知无线电技术研究》 姓名房鑫 学号 151230124 学院航天学院 专业信息工程 二〇一六年三月 I
摘要 摘要 认知无线电(Cognitive Radio,CR)的概念起源于1999年Joseph Mitola博士的奠基性工作，其核心思想是CR具有学习能力，能与周围环境交互信息，以感知和利用在该空间的可用频谱，并限制和降低冲突的发生。随着无线通信技术的发展，一个日益严峻的问题摆在了我们的面前，那就是频谱资源日趋缺乏。但是另一方面，无线频谱资源在空间和时间上存在着不同程度的闲置，于是人们提出了认知无线电技术。认知无线电网络中的用户能感知周围的无线环境，并能择机进入频谱，从而提高了频谱利用率和实现了频谱的灵活分配。 本文主要对认知无线电的动态频谱分配算法进行了研究。频谱的灵活应用要求认知无线电系统能够动态地分配频谱资源，包括要为主用户的出现实现退避和切换功能，因此，频谱分配是能否充分高效利用空闲频谱的关键技术。 本文首先对认知无线电作了简要的介绍，阐述了认知无线电的概念、功能以及发展状况等。然后介绍了认知无线电关键技术及频谱分配方法，并分析了现有算法的优缺点。 关键词：认知无线电，频谱分配，图论着色，用户需求，公平。
1绪论 随着无线通信需求的不断增长，对无线通信技术支持的数据传输速率的要求越来越高。根据香农信息理论，这些通信系统对无线频谱资源的需求也相应增长，从而导致适用于无线通信的频谱资源变得日益紧张，成为制约无线通信发展的新瓶颈。另一方面，已经分配给现有很多无线系统的频谱资源却在时间和空间上存在不同程度的闲置。因此，人们提出采用认知无线电(CR)技术，通过从时间和空间上充分利用那些空闲的频谱资源，从而有效解决上述难题。 现在的频谱管理策略是基十静态控制的模型，频谱是固定授权分配的，因此导致了较低的频谱利用率。而认知无线电技术使得次用户对频谱的二次使用成为可能，极大地提高了频谱利用率，被认为是解决频谱缺乏问题的方案之一。本章将对认知无线电技术做一个简单的介绍。 1.1认知无线电的概念与特征 自1999年“软件无线电之父”Joseph MitolaⅢ博士首次提出了CR的概念并系统地阐述了CR的基本原理以来，不同的机构和学者从不同的角度给出了CR的定义，其中比较有代表性的包括FCC和著名学者Simon Haykin教授的定义。FCC认为：“CR是能够基于对其工作环境的交互改变发射机参数的无线电”。Simon Haykin则从信号处理的角度出发，认为：“CR是一个智能无线通信系统。它能够感知外界环境，并使用人工智能技术从环境中学习，通过实时改变某些操作参数(比如传输功率、载波频率和调制技术等)，使其内部状态适应接收到的无线信号的统计性变化，以达到以下目的：任何时间任何地点的高度可靠通信；对频谱资源的有效利用。” 无线频谱资源在传统的无线通信系统中是固定授权分配的，这样的分配方式有利于保证系统的服务质量(QoS,Quality of Service)，但是也这样的分配方式也导致了频谱利用率的低下[1][2]。FCC(Federal Communications Commissions，美国联邦通信委员会)的一份调查报告表明,分配给授权用户的频段其使用率在不同时间不同地区的波动很大,从15%-85%不等。而认知无线电的正是为了解决这个问题而提出的。 认知无线电的概念是Joseph MitolaⅢ博士于1999年在IEEE Personal Communications杂志上明确提出的[3]，强调软件定义无线电（SDR,Software Defined Radio）是实现CR的理想平台，是对软件无线电的进一步的扩展。Joseph MitolaⅢ博士于2000年在他的博士论文给出了他对认知无线电的定义。他认为：
认知无线电学习笔记一：综述概述类
认知无线电学习笔记一:综述概述类 CNKI 2007.01.01—2008.09.03有关CR的概述类文献选读。 1.{Title}: 无线通信领域的“下一个大事件”——认知无线电{Author}: 韦海珍{Journal}: 通信对抗{Year}: 2007 {Issue}: 03 ★★ 该文认为:CR是对SDR的进一步扩展,SDR只关注信号处理的软件实现,而CR 则强调对无线环境的感知并据此调整系统的工作参数,是更高层的概念,不仅包括信号处理,还包括根据相应的任务、政策、规则和目标进行推理和规划的高层功能。 作者认可的是FCC对CR的经典定义:CR是无线终端利用其与周围无线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。则具备了CR 能力(环境感知探测能力和据此调整传输频点及相关传输参数的能力)的设备即为CR设备。认知用户(非授权的二级用户)可在对主用户(授权的一级用户)不造成干扰的情况下伺机接入可用频谱,从而在空间、时间、频率上实现对频谱资源的多维利用,提高频谱资源的利用率。显然CR 的真正运行还需要规则上的支持:FCC通过了《FCC规则第15章》修正案(2003.12);DARPA 拟定XG计划;IEEE成立802.22工作组(2004.10,WRAN);SDRF成立了CR小组。 该文章认为CR功能的实现基于一个认知循环的过程:始于无线电激励的被动感知,以做出反应行为而终止。一个基本的认知循环要经历3种基本过程,即无线传输场景分析、信道状态估计及其容量预测和频谱管理。但是文章对这3个基本过程的描述很不清楚,估计是参考某种特殊的CR实例而又没给出该实例。 作者总结的CR关键技术有三:准确、快速的频谱感知技术,自适应数据传输技术,动态频谱资源管理。 频谱感知分两个阶段:第一阶段检测感兴趣频段是否存在主用户信号,寻找可用的频谱资源;第二阶段在使用频谱资源的过程中要持续地检测外部环境,一旦主用
认知无线电实验
武汉理工大学 现代数字信号处理在前沿学科中的应用实验 认知无线电 学院：信息工程学院 学号：1049731503279 姓名：吴志勇 班级：电子154
实验一认知无线电的开发环境与基础实验入门 一、实验目的 1、掌握Linux系统下的基本操作。 2、了解认知无线电实验平台。 3、掌握GNU Radio软件平台的搭建过程。 4、了解USRP N210设备的检测。 二、系统、硬件配备 一台配有千兆网卡的PC机，ubuntu11.10系统，GNU Radio3.5.0安装包（也可以选择其他带有UHD的GNU Radio版本）。 三、实验流程 GNU Radio的安装主要包括三个部分的安装，准备库的安装、UHD的安装、GNU Radio 的安装，下面将从这三个部分开始介绍。 1、网络连接 在ubuntu下进行网络IP设置，打开命令终端，常用的命令：使用ls命令查看当前路径下文件，使用cd命令进入文件夹。 2、准备库的安装： 在https://www.sodocs.net/doc/9a19032934.html,/redmine/projects/gnuradio/wiki/UbuntuInstall中，有其安装方法，对应找到我们的ubuntu11.10所需要的准备库内容，利用apt-get来安装。 安装完毕之后可以根据build-guide程序中所提到的库进行验证。 3、UHD的安装 可以到官网上看见很多uhd的版本，我们采用的版本是003.004.000，可以直接从设备所带的光盘中获得（/tmp/uhd/host）: 执行： cd /tmp/uhd/host mkdir build cd build cmake ../ make make test sudo make install 4、GNU Radio的安装 本文以GNU Radio为例，从官网上可以下到gnuradio3.5.0的安装包，我们可以通过安装包中的version.sh文件来查看其版本，选择gnuradio3.5.0来安装。 执行： cd /gnuradio
认知无线电的关键技术和应用研究
2007年第7期，第40卷 通 信 技 术 Vol.40，No.07,2007 总第187期Communications Technology No.187,Totally 认知无线电的关键技术和应用研究 刘 元①，彭 端②，陈 楚① （①广东工业大学信息工程学院，广东 广州 510006；②广东工业大学实验教学部，广东 广州510006） 【摘 要】认知无线电是一种新的智能无线电技术，它通过动态的接入频谱为用户提供高容量的服务，能极大的改善现有的低效的频谱利用率。文章重点分析了认知无线电中频谱检测、频谱管理、功率控制等关键技术，以及认知无线电在超宽带、Mesh网、无线区域网的应用现状，最后探讨了认知无线电发展需要关注的难点问题。 【关键词】认知无线电；频谱检测；频谱管理；功率控制 【中图分类号】TN929【文献标识码】A【文章编号】1002-0802(2007)07-0050-03 Investigation on the Key Techniques and Applications of Cognitive Radio LIU Yuan①, PENG Duan②，CHEN Chu① (① College of Information Engineering, Guangdong University of Technology，Guangzhou Guangdong 510006, China; ② Department of Experiment Education, Guangdong University of Technology, Guangzhou Guangdong 510006, China） 【Abstract】Cognitive radio is a new intelligent radio technique, it can provide large capacity services for users by dynamic spectrum access, improve the ineffective utilization of spectrum in existence. This paper starts with the concept of cognitive radio, focuses on the key techniques, such as spectrum detection, spectrum management and power control, as well as the applications of cognitive radio in ultra-wide-band, Mesh network and wireless area network. Finally it discusses the possible problems of cognitive radio which need to be paid attention to in its future development. 【Key words】cognitive radio; spectrum detection; spectrum management; power control 0 引言 无线通信频谱是一种有限的宝贵资源，目前主要是由国家统一管理、统一授权使用。每一个无线通信系统独立地使用一个频段，以使各个不同的系统互不干扰。这种授权的、静态（固定）的频谱分配方式可以有效地避免系统间的干扰。但是，随着无线通信业务和需求的快速增长，频谱资源的缺乏日益严重，美国联邦通信委员会（FCC）研究报告指出频谱的使用情况极不平衡：一些频带大部分时间没有用户使用，另一些频带只是偶尔使用，而剩余频带的使用则竞争很激烈[1]。因此，在各地区、各时间段里充分利用空闲的频带，提高频带的利用率，成为人们非常关注的问题。 1999年，J.Mitola博士提出了认知无线电（CR）的概念。认知无线电是一种智能的无线通信技术，它能够连续不断地感知周围的通信环境，通过对环境信息的分析、理解和判断，然后通过无线电知识描述语言（RKRL）自适应地调整其内部的通信参数（如发射功率、工作频率、编码方式等）以适应环境的变化。其核心思想是通过检测哪些频谱处于空闲状态，在不影响授权用户的前提下智能地选择和利用这些空闲频谱，从而提高频谱的利用率。 1 CR的关键技术 1.1 频谱检测 频谱空洞是指分配给授权用户但在一定的时间和具体的位置该授权用户没有使用的频谱。如果将待检测的频谱分成三种情况：黑色区域，常被高能量的局部干扰所占用；灰色区域，有部分时间被低能量干扰所占用；白色区域，只有环境噪声而没有射频干扰占用。一般情况下，白色区域和有限度的灰色区域可被等待的用户所使用。频谱检测的任务就是寻找合适的频谱空洞并反馈至发送端进行频谱管理和功率控制。 在CR系统中，频谱检测不仅对频谱空洞的检测起决定作用，同时也对频谱状态进行监测。典型的频谱检测技术有两种：一种是基于发射机的能量检测，另一种是基于接收机 收稿日期：2007-04-26。 基金项目：广州市应用基础研究项目（2006JI-C0331）。 作者简介：刘 元（1984–），男，硕士研究生，研究方向为宽带移动通信系统；彭 端（1963–），男，副教授，博士，硕士生导师，主要从事宽带移动通信系统与网络研究工作；陈 楚，男，硕士研究生，主要研究方向为宽带移动通信系统技术。 50