【正文】 電的關(guān)鍵技術(shù)認(rèn)知無線電技術(shù)它是可以通過人工智能的支持，來感知無線通信周圍的環(huán)境，并基于某種學(xué)習(xí)和決策的算法，以達(dá)到他自身實(shí)時(shí)自適應(yīng)的去改變系統(tǒng)工作設(shè)備的操作參數(shù)，并且它能夠動(dòng)態(tài)的檢測以及有效的利用那些空閑頻譜。這當(dāng)中為了不對主用戶有干擾，認(rèn)知用戶需要在利用頻譜空穴進(jìn)行通信的過程中，可以快速感知主用戶的再次出現(xiàn)，以便能及時(shí)進(jìn)行頻譜切換，好騰出信道讓給主用戶使用，也可以繼續(xù)使用之前的頻段，但它就需要進(jìn)過調(diào)整傳輸功率或者改變調(diào)制的方式來避免對主用戶造成干擾。不過在現(xiàn)實(shí)生活中的的感知算法里，一般為了提高其檢測性能，往往各種方法都會(huì)有所融合。以上特性均可以經(jīng)過分析頻譜的相關(guān)性函數(shù)來檢測他們，循環(huán)平穩(wěn)過程特性檢測能夠從調(diào)制信號功率中區(qū)別出噪聲能量。合作檢測一般可以分為集中式和分布式兩種進(jìn)行方式。DSA可以在不干擾主用戶正常工作的前提下，完成對認(rèn)知用戶的頻譜空穴接入，以此提高頻譜利用率。按照頻譜分配行為間的不同，頻譜分配能夠分成合作式和非合作式這兩類。 還有Nie[11]等人通過基于博弈論的應(yīng)用擴(kuò)展，分別去解析了在合作用戶和非合作用戶兩種情況下系統(tǒng)的性能，他們提出了基于合作的DSA在提高全網(wǎng)的性能上的可能性。它可能會(huì)使得系統(tǒng)在性能上有所下降，可是在通信上過載的現(xiàn)象則明顯減少。一般在多址接入CR信道環(huán)境里面，主要使用協(xié)作機(jī)制的辦法，包含的內(nèi)容有規(guī)則及協(xié)議和協(xié)作的Adhoc網(wǎng)絡(luò)這兩方面。所以必須考慮以下兩種限制情況，在這樣的系統(tǒng)中發(fā)送功率控制。多用戶CR系統(tǒng)的功率控制問題可以看作一個(gè)對策論問題。因此多用戶CR系統(tǒng)的功率控制問題可以把它當(dāng)成是對Markov對策進(jìn)行分析和解決。這能力使得CR系統(tǒng)可以提高授權(quán)頻譜的利用率極大的，能夠提供更高帶寬的無線通信服務(wù)為用戶。一、軍事領(lǐng)域 在目前，由于頻譜的固定分配政策，讓能夠用在軍事通信的無線頻譜資源變得越來越貧乏，使得無線軍事通信受到了極大的限制在容量上。所以，CR可以在軍事上提供無縫且安全的、自適應(yīng)、高效的無線通信的服務(wù)，這讓它在軍事領(lǐng)域方面有著非常寬廣的應(yīng)用前景。CR則能夠自動(dòng)識別無線頻譜的是否占用，當(dāng)它發(fā)現(xiàn)空閑頻譜時(shí)能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)無線頻譜的配置，這一能力就使得CR能夠在其它通信設(shè)施遭到損壞的時(shí)候還能夠提供可靠有效的無線通信服務(wù)。三、商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域認(rèn)知無線電技術(shù)最具有發(fā)展的潛力、最為重要的應(yīng)用領(lǐng)域是商業(yè)及無線技術(shù)領(lǐng)域。因著CR可以及時(shí)識別信道的是否占用，并且能夠根據(jù)環(huán)境里的信道的使用情況來實(shí)現(xiàn)無線信道間動(dòng)態(tài)的切換功能，這就能夠繼續(xù)給予認(rèn)知用戶穩(wěn)定、可靠的無線通信服務(wù)。1 認(rèn)知無線電在 WRAN 中的應(yīng)用 工作組在2004 年成立，它又被稱為無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（WRAN）。當(dāng)一般的電視用戶想要使用頻譜時(shí)，控制中心則會(huì)及時(shí)從數(shù)據(jù)庫中挑出空頻譜并告知其認(rèn)知用戶進(jìn)行切換，以及數(shù)據(jù)庫內(nèi)容的更新。2 認(rèn)知無線電在 UWB 系統(tǒng)中的應(yīng)用與CR應(yīng)用前景緊密相連的一項(xiàng)技術(shù)是超寬帶（UWB，Ultra Wideband）無線技術(shù)，它是當(dāng)今眾多媒體寬帶無線通信中最具有前途的候選方案中一種。UWB無線技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)有抗干擾能力靈活、測距精準(zhǔn)、高通信容量、抗多徑衰落和能定位等等，可是解決頻譜資源短缺的最有效的方法還是CR技術(shù)則是通過智能頻譜管理來運(yùn)行。WLAN 大多設(shè)備工作在免授權(quán)的頻段，這就導(dǎo)致隨著無線局域網(wǎng)的普及發(fā)展，免授權(quán)頻段的通信業(yè)務(wù)必將非常繁忙，此時(shí)工作頻段將不能滿足新的業(yè)務(wù)要求，我們采用 CR 技術(shù)就能夠解決因 WLAN 頻段擁擠而造成的可用頻譜資源缺乏問題。 。并針對認(rèn)知無線電的頻譜感知單節(jié)點(diǎn)感知進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析，在分別介紹了頻譜感知中具有重要作用的匹配濾波器感知和能量感知的原理以及合作式頻譜感知技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)和算法?？偨Y(jié)了對基于發(fā)射機(jī)感知的三種頻譜感知方法：匹配濾波器感知法、能量感知法和合作式感知法作了詳細(xì)的討論。理論上，頻譜檢測最有效的方法就是在認(rèn)知用戶的通信范圍內(nèi)，檢測我們所關(guān)心的頻譜上是否有主用戶接收機(jī)存在。此時(shí)，認(rèn)知用戶可以使用該段頻譜。特別是在無法獲得足夠有關(guān)PU發(fā)射機(jī)信號先驗(yàn)信息的情況下，ED方法是最優(yōu)的，而且實(shí)現(xiàn)簡單。 采用ED 法進(jìn)行頻譜檢測時(shí)，其檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量為如下平均能量表達(dá)式 (12)此時(shí)，將檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量Y與預(yù)先設(shè)定的判決門限進(jìn)行比較，就可判決出該段頻譜內(nèi)是否存在PU發(fā)射機(jī)信號，即該頻譜是否被PU占用。由以上分析可知，檢測概率過低將會(huì)增加對PU通信造成干擾的概率；而虛警概率過高，則會(huì)大大降低頻譜的利用率。為此，判決門限選取應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要，權(quán)衡虛警概率和檢測概率，選擇一個(gè)最佳值。SU離PU越遠(yuǎn)，PU信號衰減越厲害，SU處接收的PU信號也就越弱，則此時(shí)的判決門限也應(yīng)越低。這些模式包括：導(dǎo)言、訓(xùn)練序列、導(dǎo)頻模式以及擴(kuò)頻序列等等。當(dāng)主用戶不存在的情況下，該檢測量為： (15)類似地，當(dāng)存在主用戶信號時(shí)，波形檢測法的檢測量為 (16)將檢測量M與預(yù)先設(shè)定的判決門限 進(jìn)行比較即可判決出給定的頻譜內(nèi)是否存在主用戶信號，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)頻譜感知功能。研究顯示，在可靠性及感知時(shí)間方面，波形檢測法的性能都要優(yōu)于能量檢測法。這些主用戶發(fā)射機(jī)信號中內(nèi)在具有的周期性特性被稱之為循環(huán)平穩(wěn)特征。與能量檢測法將時(shí)間域的信號能量作為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量不同，循環(huán)平穩(wěn)檢測器一般是先從時(shí)域變換為頻率特征域，然后，在新的變換域中，對是否存在主用戶信號進(jìn)行判決。當(dāng)循環(huán)頻率等于PU信號的基本頻率時(shí)，CSD函數(shù)就會(huì)出現(xiàn)很多尖峰值。四、匹配濾波在認(rèn)知用戶已知主用戶有關(guān)先驗(yàn)信息的情況下，最優(yōu)的頻譜檢測方法就是匹配濾波法。由于MF檢測法對SU接收信號的采樣次數(shù)較少，因此，與其它傳統(tǒng)的頻譜檢測法相比，MF檢測法能在較短的時(shí)間內(nèi)就可獲得一定的檢測性能，比如，較低的漏檢概率(Probability of missed detection)及虛警概率。發(fā)射端通過調(diào)整發(fā)射功率、帶外輻射以及信號發(fā)射機(jī)的位置來實(shí)現(xiàn)對干擾程度的控制。為了解決這種問題，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)的下屬機(jī)構(gòu) SPTF 提出了一種全新的干擾評估度量標(biāo)準(zhǔn)——“干擾溫度(Interference temperature)”，目的是為了評估接收機(jī)端在保證正常通信不受影響的情況下，其對干擾所能容忍的范圍。 為波爾茲曼常量，單位為焦/開。 FCC在定義干擾溫度的基礎(chǔ)上，又進(jìn)一步建立了“干擾溫度界限(Interference temperature limit)”的概念。因此，干擾溫度界限實(shí)際上描述的是，在保證不影響主用戶正常通信的條件下，認(rèn)知用戶與主用戶共享某段授權(quán)頻譜時(shí)，主用戶接收機(jī)對認(rèn)知用戶接入該段頻譜后對其產(chǎn)生干擾的容忍程度。多抽頭方法還可以權(quán)衡估計(jì)過程中產(chǎn)生的偏差與方差，進(jìn)而獲得近似最優(yōu)的估計(jì)性能。二、 基于本地振蕩器泄漏功率的感知方法一種直接檢測主用戶接收機(jī)信號的頻譜感知方法。 第三節(jié) 合作頻譜感知方法由于受到多經(jīng)衰落、隱蔽終端以及噪聲、干擾等諸多不確定性因素的影響，頻譜感知性能將會(huì)顯著下降。造成這種現(xiàn)象的原因是因?yàn)殡[蔽終端的存在，妨礙了認(rèn)知用戶對主用戶發(fā)射機(jī)信號的檢測。 合作頻譜感知方法的合作對象，既可以是認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的認(rèn)知用戶本身，也可以是認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)外的感知節(jié)點(diǎn)。 一種硬判決(又稱二進(jìn)制判決)的合作感知方法，由于只將各認(rèn)知用戶感知結(jié)果的二進(jìn)制信息傳輸給中心節(jié)點(diǎn)，因此，該方法減輕了信道衰落對感知結(jié)果的影響，提高了系統(tǒng)的檢測性能。為了解決這個(gè)問題，提出先將各感知節(jié)點(diǎn)的本地判決結(jié)果量化成一位二進(jìn)制數(shù)(硬判決)，接著只允許那些可信度高的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)將其本地硬判決結(jié)果傳送給數(shù)據(jù)融合中心，然后由中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步判決。 二、 分布式合作感知方法經(jīng)過以上分析可知，合作頻譜感知方法確實(shí)可以大大地提高頻譜感知性能。由于分布式合作感知方法無需中心節(jié)點(diǎn)且硬件花銷小，因此，分布式合作感知方法要比中心式的合作感知方法更具優(yōu)勢。一種分布式合作頻譜感知的認(rèn)知無線電架構(gòu)體系，在這個(gè)架構(gòu)體系中，各認(rèn)知用戶通過共享無線電特征參數(shù)來提高整個(gè)系統(tǒng)的檢測性能。這種基于外部節(jié)點(diǎn)的頻譜感知算法解決了頻譜感知任務(wù)由認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部認(rèn)知用戶完成的問題，徹底解放了認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的認(rèn)知用戶，使得網(wǎng)內(nèi)的認(rèn)知用戶可專注于傳輸各種無線通信數(shù)據(jù)，而不必為頻譜感知額外增加網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開銷。 一種基于傳感網(wǎng)絡(luò)的頻譜感知架構(gòu)。在IEEE WRAN 標(biāo)準(zhǔn)中，這種基于外部節(jié)點(diǎn)的合作感知方法也被建議用來檢測主用戶信號。最后對基于干擾溫度的頻譜感知的概念、思想及目前的研究現(xiàn)狀做了介紹。ED 方法具有實(shí)現(xiàn)簡單、算法復(fù)雜度低等諸多優(yōu)點(diǎn)。另外，如前所述，由于信號的衰減，也與 SU 離 PU 距離相關(guān)。 另一種常用的感知方式為循環(huán)平穩(wěn)特征檢測(CFD)。另外，CFD 還需要知道主用戶發(fā)射機(jī)信號的某些先驗(yàn)知識（如周期特征等）。而且，MFD方法必須得預(yù)先準(zhǔn)確獲得有關(guān)主用戶發(fā)射機(jī)信號的特征信息，比如：帶寬、載波頻率、調(diào)制方式、脈寬以及幀格式等。波形檢測法的復(fù)雜度相對較低，感知精度又最高。因此，WD 感知方法很少得到真正的應(yīng)用。除此之外，目前的頻譜感知算法還存在各種各樣的挑戰(zhàn)，比如，硬件設(shè)備無法滿足要求、隱蔽終端問題、寬帶頻譜感知問題、檢測能力問題以及合作感知算法中的數(shù)據(jù)融合問題等。第三章 基于信號主分量提取合作頻譜感知在通信過程中，主用戶與認(rèn)知用戶間是非合作的,因此頻譜檢測工作的實(shí)施只能靠認(rèn)知用戶截取主用戶信號來達(dá)到檢測主用戶出現(xiàn)的目的。在集中式結(jié)構(gòu)中，認(rèn)知系統(tǒng)的基站作為認(rèn)知融合中心，將該區(qū)域內(nèi)認(rèn)知用戶的本地頻譜檢測結(jié)果匯總起來，并做出最終判決。具體地，依據(jù)接收信號信噪比最大化的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和約束條件，設(shè)計(jì)基于特征值和特征向量的、具有最優(yōu)檢測性能的合作頻譜感知檢測變量，即構(gòu)建基于接收信號的主分量的合作頻譜感知最優(yōu)全局檢測變量融合方案，實(shí)現(xiàn)非相關(guān)檢測方式下的最優(yōu)頻譜感知性能。 為接收端接收到的PU信號，其均值為0、協(xié)方差矩陣，其中，表示矩陣轉(zhuǎn)置，表示期望。由式(21)的感知模型中首先將接收到得信號可取 N 個(gè)時(shí)延采樣數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)組成 N 維的向量。假設(shè)接收信號在檢測周期內(nèi)是隨機(jī)平穩(wěn)過程，可以用時(shí)間自相關(guān)近似代替統(tǒng)計(jì)自相關(guān)。一般情況下，可以選擇一個(gè)M行的矩陣B來合并信號，表示如下： (213) 很顯然，能夠找到這樣一個(gè)合并矩陣使得合并信號的信噪比最大。 證明：根據(jù)矩陣跡的性質(zhì)和不等式，做出如下推導(dǎo)： (216) 其中 是矩陣的第 個(gè)最大特征值。二、 盲目合并能量檢測(PCA2) 最優(yōu)化合并能量檢測需要預(yù)先知道授權(quán)信號協(xié)方差矩陣的特征向量，但通常這是不現(xiàn)實(shí)的，未知的。然而，實(shí)際中的統(tǒng)計(jì)協(xié)方差矩陣并不能預(yù)先知道，所以無法得到。盲合并檢測不需要任何先驗(yàn)信息，而且克服了能量檢測易受噪聲不確定度影響的 缺陷，檢測性能良好，是頻譜感知發(fā)展的方向。另一方面，該算法是一種盲檢測算法，無需知道主用戶的先驗(yàn)信息。根據(jù)第三章的相關(guān)公式可以從理論上分別估算出最優(yōu)化合并合作頻譜感知算法（PCA1）下的信號主分量以及盲目合并合作頻譜感知（PCA2）下的信號主分量提取。第三節(jié) 圖像分析圖41表示當(dāng)PU信號為相關(guān)信號時(shí)檢測概率隨信噪比變化的情況 ； 圖42是相對應(yīng)的虛警檢測概率仿真圖。另一方面，該算法是一種盲檢測算法，無需知道主用戶的先驗(yàn)信息。同時(shí)，根據(jù)兩個(gè)熱門定理通過理論分析確立了虛警概率、判決門限以及檢測概率。仿真得到隨著信噪比的增加，四種檢測算法的檢測性能都逐漸提高。在論文工作即將結(jié)束走上工作崗位之際，回顧這半年難忘的時(shí)光，感既頗多，老師和其他同學(xué)給予了我太多的幫助。謝謝您們！參考文獻(xiàn)[1] 李俊葶,陳金鷹,劉慶豐,[J].:7679.[2] 王東生，曹磊．混沌、分形及其應(yīng)用[M]．中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1995．[3] Hashler M,Mazzini G,lek M O,et al．Scanning the special issuespecial issue on applications of nonlinear dynamics to electronic and information engineering．Proceeding of the IEEE，2002，90(5):631～640.[4] National Bureau of Standards．FIPS PUB 46 Data Encryption Standards[S]．Washington DC：Federal Information Processing Standards，US Dept．Of Commerce，1997．[5] Fujisaka H and Yamada T． Stability theory of synchronized motion in coupledoscillator systems[J]．Porg 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