【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 來 感知這些無線電所傳來信息，經(jīng)過一些節(jié)點(diǎn)的融合和互相之間的交換，能 感測(cè)出認(rèn)知無線電所傳達(dá)的信息。這樣有效的提高了頻譜的感知能力的可靠性。當(dāng)信息在無線電中傳輸時(shí)，頻譜會(huì)有一定的感 知，感知這些頻譜主要分為三種方式，信息在傳輸?shù)臅r(shí)候需要進(jìn)行一下檢測(cè)這就是傳輸段檢測(cè)、在傳輸過程中需要合作檢測(cè)、基于干擾的檢測(cè)。 傳輸檢測(cè)是指主用戶在某一頻段所使用的頻譜被下一級(jí)的二級(jí)用戶所檢測(cè)到微弱的信號(hào)，知道有很小的信號(hào)，然后檢測(cè)是否這個(gè)頻段是空閑的。 需要測(cè)出來這個(gè)狀態(tài)則需要經(jīng)歷匹配 濾波器的檢測(cè)、能量的檢測(cè)、周期過程中的趨于正常的檢測(cè)。 例如調(diào)制方式、脈沖形狀、格式時(shí)，最好的最有用的最可靠的檢測(cè)器就是匹配濾波器，因?yàn)樗茏畲蠡慕邮苄畔⒗锩娴男旁氡取?能量檢測(cè) ： 當(dāng)二級(jí)用戶沒有主用戶信號(hào)的足夠信息時(shí) ，最優(yōu)的檢測(cè)器是能量檢測(cè) 。 周期平穩(wěn)特征檢測(cè)通過分析頻譜相關(guān)函數(shù)可以檢測(cè)出這些特征 ,有些調(diào)制信號(hào)本身是互相有聯(lián)系的，不是沒有一點(diǎn)的聯(lián)系，所以調(diào)制信號(hào)能夠互相的參考。所以在這個(gè)沒有噪聲干擾的情況下、不變化的情況下，周期平穩(wěn)特征會(huì)比能量檢河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 測(cè)的性能好 。 周期的平穩(wěn)性是一個(gè)相當(dāng)有難度的測(cè)試，如果沒有一定的耐力，沒有很強(qiáng)的思維能力，對(duì)數(shù)學(xué)算法的高度認(rèn)識(shí)，那么使用這個(gè)周期平穩(wěn)的檢測(cè)需要很長(zhǎng)的時(shí)間，所以一般不用。 合作檢測(cè)是指 在當(dāng)前使用的傳輸檢測(cè)的原因是這個(gè)二級(jí)用戶他們一般是不知道這些主用戶的具體位置，不能確定這些主用戶使用的頻段，但是可根據(jù)周圍的環(huán)境部分的能夠觀察并檢測(cè)出主用戶傳輸段的一段很小的信號(hào)，這樣來判斷主用戶的存在。雖然可以檢測(cè)到微弱的信號(hào)通過 傳輸檢測(cè)，但是在檢測(cè)過程中這個(gè)二級(jí)用戶他們是會(huì)可能存在一個(gè)這樣的問題就是隱藏終端的問題。所以為了能夠盡量減少或避 免這種隱藏終端的問題，更為了能夠很準(zhǔn)確的檢測(cè)，可以通過這個(gè)二級(jí)用戶可以通過其他的二級(jí)用戶的感知一些信息，這樣可以盡量的避免隱藏軸端的問題。 干擾檢測(cè) [7]是為了能夠準(zhǔn)確無誤的 使主用戶和二級(jí)用戶能夠正常的通信，正常的進(jìn)行工作，所以通過人們的研究可以加入干擾值，可以減少對(duì)他們通信的錯(cuò)誤，當(dāng)然在這個(gè)加入這個(gè)干擾值，也是有一定的限制那就是這個(gè)主用戶接受的時(shí)候它所產(chǎn)生的干擾值要小于某一個(gè)特定的規(guī)定的一種干擾的門限值，所以這個(gè)主用戶和二級(jí)用戶就可以一起來分享這個(gè)共同大的使用通信的頻譜，如果大于某一個(gè)規(guī)定的干擾的門限值， 那么可能就不能共同使用同一個(gè)頻譜段，這樣就需要去尋找另一個(gè)可以使用的頻譜段。 （ 2） 信道估計(jì) 為了建立可靠通信鏈路 ， 有必要估計(jì)通信雙方之間的信道狀態(tài)信息 ， 以確定發(fā)射的參數(shù) 為 發(fā)射頻段 、 發(fā)射天線方向 、 發(fā)射功率 數(shù)據(jù)速率、 調(diào)制編碼方式等很多資源分配算法的研究都是基于信道估計(jì)理想 ， 得到充分的信道狀態(tài)信息 ， 所以信道估計(jì)是基礎(chǔ) 。 （ 3） 數(shù)據(jù)傳輸 經(jīng)過以上的頻譜的感知和對(duì)信道的估 測(cè)，認(rèn)知無線電有條件可以優(yōu)選空閑的頻譜資源。因此，接收和發(fā)送應(yīng)該贊同數(shù)據(jù)是可變的，不同的調(diào)制方式、不同的信道編碼的方法來提高頻譜的利用率 。 2． 無線電在 介質(zhì)訪問控制層 方面的 關(guān)鍵技術(shù) （ 1） 動(dòng)態(tài)頻譜資源的管理 利用光譜信息獲得的光譜傳感、頻譜分析、 決策的頻譜可以授權(quán)頻譜 。 自由光譜和未經(jīng)授權(quán)頻譜的感覺 ； 頻譜孔特性可以被干燥的路徑損耗錯(cuò)誤率鏈路延遲時(shí)間 能力看參數(shù)如頻譜分析主要是分析的基礎(chǔ)上 ,估計(jì)譜參數(shù) 。就這個(gè)光譜特征的信息可以了解到，如果想確定以 及保證這個(gè)頻譜能夠合理的分布，因?yàn)轭l譜的合理分布會(huì)對(duì)當(dāng)前的用戶 和當(dāng)前人 們 對(duì)這個(gè)頻譜的有效性和可靠性的需求等都很重要的。合理的頻譜會(huì)對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)的傳輸率有很大的幫助，可以是錯(cuò)誤的 概率減少很低，是用戶的接受得到的信息很 正確。當(dāng)然這里面會(huì)對(duì)這個(gè) 關(guān)鍵的通信信道的設(shè)計(jì)也有一定的要求，首先一部分是可定義選擇一段特定的頻譜作為專用的控制信道，這樣就可以避免外部的干擾，其次，人們也可以河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 選擇一段沒有經(jīng)過授權(quán)的頻譜頻段作為這個(gè)通信的控制信道， 最后也可以根據(jù)那些非授權(quán)的頻段可以利用一些超寬的技術(shù)進(jìn)行信令在通信信道中傳輸，這樣出來的頻譜參數(shù)、頻譜移動(dòng)的管理部分和原來的先前的那些有著固定的頻段是有著一些不相同的情況，跟以前的分配結(jié)構(gòu)是不相同的， 認(rèn)知無線電在用戶當(dāng)中是一種處于動(dòng)態(tài)的一種頻譜，如果能夠選擇一種最合適的通信頻段，這是 最好的方式。但是 如果信道設(shè)計(jì)的條件設(shè)計(jì)的很不好，那些具備高級(jí)的 一些優(yōu)先的用戶當(dāng)要求當(dāng)前的頻譜進(jìn)行通話的時(shí)候，人們會(huì)想出一種新的切換方式，這種新的切換方式就稱作為頻譜切換。 （ 2） 頻譜共享 在這個(gè)認(rèn)知無線電中主要研究的一些網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，一些用戶的接入方式可以進(jìn)行分類：如果按照正常的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來分類的話則可以分為頻譜集中和頻譜的分布。頻譜的集中主要是控制一些或者負(fù)責(zé)一些頻譜的管理方面的事情和約束資源這方面。在這種分布式下的結(jié)構(gòu)當(dāng)中可以通過各個(gè)節(jié)點(diǎn)或者其他一部分的通過頻譜和信道之間的 相互協(xié)商來約束和管理用戶的使用情況。在這種情況下，這種集中式的分布結(jié)構(gòu)會(huì)經(jīng)過協(xié)商來獲取部分的有效資源。頻譜的分布式情況這個(gè)傳送信息就需要根據(jù)協(xié)商來獲取部分的可靠有效的資源信息。這個(gè)節(jié)點(diǎn)之間需要根據(jù)自己判斷來捕獲有效的信息和策略。會(huì)根據(jù)一定的情況進(jìn)行對(duì)頻譜進(jìn)行對(duì)頻譜的管理和頻譜的選擇。也可以從頻譜的共享中分類，可以分為頻譜的填充式和頻譜的下墊式。這樣可以 劃分為三種方案。第一種可以根據(jù)這個(gè)下墊的方式進(jìn)行對(duì)頻譜的補(bǔ)充，擴(kuò)展等是頻譜變大的一種技術(shù)，如果這樣做的話就可以吧認(rèn)知無線電上的主用戶所使用的頻譜搬移到全頻段當(dāng) 中去。 第二種就是盡量避免弄一些干擾的填充式的方法來解決問題。第三種則是一種混合的方案，就是盡量的去避免干擾的基于下墊式 方法去擴(kuò)展頻譜 。 但是這里面也會(huì)存在一些缺點(diǎn)，需要人們?nèi)タ朔?，所以就需要盡量的 無能量的分配或者使能量的最低。 本章 小結(jié) 通過對(duì)上面的認(rèn)知無線電的簡(jiǎn)單介紹，了解 因?yàn)樵诂F(xiàn)在科技發(fā)展中，頻譜資源現(xiàn)在變的 越來越緊張已經(jīng)成為社會(huì)的一大難題，但是人類也是智慧的，研究人員提出了認(rèn)知無線電，能在資源困乏的時(shí)候充分的利用資源，提高了頻譜的利用率這就是一大提高。認(rèn)知無線電是現(xiàn)代社會(huì)中應(yīng)用技術(shù)很熱門的一項(xiàng)技術(shù)，很多應(yīng)用都需要在認(rèn)知無線電的基礎(chǔ)上去發(fā)展、去研究的一些學(xué)術(shù)的東西，例如一些關(guān)鍵的技術(shù)，一些復(fù)雜或簡(jiǎn)單的算法等，都需要通過在認(rèn)知無線電的基礎(chǔ)上去發(fā)展， 所以在 認(rèn)知無線電的發(fā)展在將來中必將越來越火熱，把人們通過這個(gè)認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來。河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 2 OFDM 系統(tǒng) 的研究 OFDM的 簡(jiǎn)介 OFDM的產(chǎn)生 背景 早在 20 世紀(jì) 60 年代 的時(shí)候提出了 正交頻分復(fù)用 [8]（ Orthogonal Frequency Division Multiplexing， OFDM） 思想， OFDM 系統(tǒng)的組成是主要是由模擬濾波組成的，因?yàn)楫?dāng)時(shí)科技沒有發(fā)展起來，當(dāng)時(shí)的 OFDM 系統(tǒng)比較復(fù)雜，造成那個(gè)時(shí)候的 OFDM 系統(tǒng)一直沒有發(fā)展起來。后來到了 80 年代， L. J. Cimini 博士當(dāng)時(shí)提出 并分析了移動(dòng)通信在 OFDM系統(tǒng)中存在的一些問題，后來隨著這些問題，提出了解決在 OFDM 中移動(dòng)通信提出的問題。 從此以后， OFDM 在移動(dòng)通信中的應(yīng)用 得到迅速發(fā) 展，隨著要求傳輸?shù)拇a元速率不斷提高，傳輸寬帶也越來越寬。 現(xiàn)在的多媒體進(jìn)行通信的信息傳輸速率則會(huì)被要求達(dá)到若干的 Mb/s。這種移動(dòng)通信的信息在傳輸時(shí)，傳輸信道可能會(huì)演變成大城市現(xiàn)在大多存在的多徑效應(yīng)衰落嚴(yán)重的無線信道。因此 OFDM 就在這樣的背景下得到發(fā)展。OFDM 也是一類多載波并行調(diào)制的體質(zhì)。它和 20 世紀(jì) 50 年代類似系統(tǒng)的區(qū)別主要有： （ 1） 近幾年的發(fā)展的 OFDM 系統(tǒng)在一定程度上提高了頻譜的 利用率，而且從某種程度上也提高了數(shù)據(jù)的傳輸速率，已調(diào)制的各路子載波信號(hào)，這些頻譜信號(hào)是相互重疊的； （ 2） 每路子載波的調(diào)制十多進(jìn)制調(diào)制； （ 3） 因?yàn)槊柯纷虞d波調(diào)制的信號(hào)的調(diào)制方式不同，則可以根據(jù)各路子載波處信道特性、根據(jù)信道的優(yōu)缺點(diǎn)采用不同的頻譜。 OFDM的概念 OFDM 實(shí)質(zhì)上是一種調(diào)制方式， 是一種多個(gè)子載波并行傳輸?shù)囊环N方式。也可以被看成是一種多載波的復(fù)用技術(shù) [9]。其中這個(gè)多載波的傳輸?shù)乃枷胧菍⒏鱾€(gè)數(shù)據(jù)的比特流劃分成若干個(gè)子比特流。事實(shí)上，就是將開始發(fā)送的高功率變成多個(gè)子載波的低功率的比特 率，然后這些低功率的比特流，還可以相應(yīng)的去調(diào)制其子載波， 其中 OFDM 系統(tǒng)的最大的優(yōu)點(diǎn)就是能夠提高頻譜的利用率。 OFDM系統(tǒng)原理 下面是 OFDM系統(tǒng)典型的框圖如圖 21所示。圖的上半部分對(duì)應(yīng)的是發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)，河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 下半部分對(duì)應(yīng)的是接收器的結(jié)構(gòu)。發(fā)送者發(fā)送的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過傳輸信道會(huì)映射到子載波的相位和振幅上面， 然后通過數(shù)字的交織再經(jīng)過數(shù)字調(diào)制，調(diào)制成一種適合這個(gè)發(fā)送信道能適應(yīng)的調(diào)制方式，再插入一定的頻譜，然后把各路的子載波的串行變換成并行，再經(jīng)過 IFFT 的變換然后再通過把各路子載波的并行變換成 串行的方式。再通過加入循環(huán)的前綴和加是為了防止有其他頻譜的干擾，再通過數(shù)字和模 擬的變換，然后發(fā)送到接受部分的天線。接收者的發(fā)送是完全相反的，射頻的無線電的數(shù)字信好與基帶的信號(hào)，接受部分則需要先將模擬轉(zhuǎn)換成數(shù)字，唯一不同的是在去除循環(huán)前綴的是時(shí)候加了一個(gè)定時(shí)和頻率同步， 然后就與發(fā)送的對(duì)應(yīng)相反，依次通過 FFT 然后經(jīng)過并行轉(zhuǎn)換成各路子載波的串行，信號(hào)通過在信道中的校正，再通過數(shù)字的解調(diào)，將信號(hào)解交織，解碼則接受部分收到相應(yīng)的信息。 然后與 FFT 逆變換，選擇適當(dāng)?shù)男盘?hào)轉(zhuǎn)換成發(fā)送和接受的信號(hào)。因?yàn)轭愃浦?FFT 運(yùn)算，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)可以使用相同的硬件。當(dāng)然，這種復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)意味著收發(fā)不能同時(shí)發(fā)送和接收操作。 交 織編 碼數(shù) 字調(diào) 制插 入導(dǎo) 頻串 并變 換解 碼解 交織數(shù) 字解 調(diào)信 道校 正并 串變 換I F F TF F T并 / 串串 / 并插 入 循環(huán) 前 綴和 加 窗去 除 循環(huán) 前 綴R F T X D A CR F R XA D C定 時(shí)和 頻率 同步 圖 21 OFDM 收發(fā)機(jī)框圖 OFDM的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 串 /并變換 每當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候，數(shù)據(jù)都會(huì)以典型的形式出現(xiàn)，那就是將這些數(shù)字信息形成一定的數(shù)據(jù)流，然后這些數(shù)據(jù)符號(hào)就可能會(huì)被連續(xù)的 傳輸，這樣每一個(gè)數(shù)據(jù)的符號(hào)的頻譜就可以很好很充分的利用整個(gè)帶寬。 可是在這些并行的數(shù)據(jù)傳送的系統(tǒng)中，會(huì)有很多個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)能夠被同時(shí)的進(jìn)行傳輸。這樣可以更好的減少這些在串行中，數(shù)據(jù)流在串行系統(tǒng)中出現(xiàn)的一些難以控制的狀況。 在這個(gè) OFDM 系統(tǒng)中將那些比較高的數(shù)據(jù)傳送輸入的串行的比特流可以進(jìn)行串、并的一些變換，把這些高的轉(zhuǎn)換成較低的數(shù)據(jù)流。然后可河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 以照射到并且映射到 OFDM 符號(hào)的在不同的子載波上進(jìn)行傳送。不同的子載波的調(diào)制是不同的，它是可以采用自適應(yīng)調(diào)節(jié)。 連續(xù)的一系列錯(cuò)誤 ,相比的情況下大部分的前向糾錯(cuò)編碼 ， 誤差分布均勻的條件下將更有效地工作。因此，為了提高系統(tǒng)性能， 大多數(shù)系統(tǒng)使用數(shù)據(jù) 作為字符串 /和轉(zhuǎn)換工作的一部分，這可以通過隨機(jī)分配到每個(gè)副載波上每個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)位。在接收端，逆過程制定相應(yīng)的信號(hào)。這樣不僅可以恢復(fù)原始數(shù)據(jù)位的順序 ,同時(shí)也傳播由于衰落信道是一系列的錯(cuò)誤 ,近似均勻分布。 OFDM系統(tǒng)中 DFT 的實(shí)現(xiàn) 傅里葉變換在時(shí)間域和頻率域 ， 有幾種類型的傅里葉變換 ， 選擇哪些形式的傅里葉變換是由特定的工作環(huán)境。 OFDM 系統(tǒng)調(diào)制需要很多的濾波器、調(diào)制器、一些想干解調(diào)器等。如果使用 DFT 來處理傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，則信號(hào)在時(shí)域和頻域的采樣使離散的傅里葉變換呈現(xiàn)一定的規(guī)律。 如果相對(duì)較大的系數(shù)來說，（ 22）等效的 IDFT 可以完成 OFDM 的基帶信號(hào)。 信號(hào)采樣率，清晰度是： 0st ? ，且 忽略矩形 函數(shù)，對(duì)于信號(hào) ()st 以 /TN的速率進(jìn)行抽樣，即令 / ( 0 , 1 , , 1 )t k T N k N? ? ?，則得到： ? ? ? ?102e x p 0 1Nkiiiks s k T N d j k NN?????? ? ? ? ?????? （ 21） 從（ 21）中可以 看出 ks 其實(shí)是 id 的經(jīng)過離散傅里葉逆變換的過程。同樣的當(dāng)這個(gè)接收段想要恢復(fù)出原來的一些數(shù)據(jù)符號(hào) id ， 則也可以對(duì) ks 進(jìn)行逆變換即離散的傅里葉變換可以得到： ? ?102e x p 0 1Nikkikd s j i NN?????? ? ? ? ?????? （ 22） 通過對(duì)以上式子的分析可以得出， 在傳輸過程中 OFDM 系統(tǒng)的調(diào)制是可以通過由IDFT 來處理，同樣的 OFDM 系統(tǒng)的解調(diào)可以看成由 DFT 來處理。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，假設(shè)有 N 個(gè)子載波在傳輸數(shù)據(jù)符號(hào)，則可以看到就會(huì)有 N 個(gè)點(diǎn) IDFT 的操作數(shù)，這些傳輸?shù)臄?shù)字符號(hào)在數(shù)據(jù)的時(shí)間域中通過，再經(jīng)過頻域數(shù)據(jù)的發(fā)射載波調(diào)制后，然后發(fā)送到無線的通道中 。其中 id 經(jīng)過 IDFT 輸出數(shù)據(jù)的符號(hào) ks 是經(jīng)過很多的子載波的