【文章內(nèi)容簡介】 來 感知這些無線電所傳來信息，經(jīng)過一些節(jié)點的融合和互相之間的交換，能 感測出認知無線電所傳達的信息。這樣有效的提高了頻譜的感知能力的可靠性。當信息在無線電中傳輸時，頻譜會有一定的感 知，感知這些頻譜主要分為三種方式，信息在傳輸?shù)臅r候需要進行一下檢測這就是傳輸段檢測、在傳輸過程中需要合作檢測、基于干擾的檢測。 傳輸檢測是指主用戶在某一頻段所使用的頻譜被下一級的二級用戶所檢測到微弱的信號，知道有很小的信號，然后檢測是否這個頻段是空閑的。 需要測出來這個狀態(tài)則需要經(jīng)歷匹配 濾波器的檢測、能量的檢測、周期過程中的趨于正常的檢測。 例如調(diào)制方式、脈沖形狀、格式時，最好的最有用的最可靠的檢測器就是匹配濾波器，因為它能最大化的接受信息里面的信噪比。 能量檢測 ： 當二級用戶沒有主用戶信號的足夠信息時 ，最優(yōu)的檢測器是能量檢測 。 周期平穩(wěn)特征檢測通過分析頻譜相關(guān)函數(shù)可以檢測出這些特征 ,有些調(diào)制信號本身是互相有聯(lián)系的，不是沒有一點的聯(lián)系，所以調(diào)制信號能夠互相的參考。所以在這個沒有噪聲干擾的情況下、不變化的情況下，周期平穩(wěn)特征會比能量檢河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 5 測的性能好 。 周期的平穩(wěn)性是一個相當有難度的測試，如果沒有一定的耐力，沒有很強的思維能力，對數(shù)學(xué)算法的高度認識，那么使用這個周期平穩(wěn)的檢測需要很長的時間，所以一般不用。 合作檢測是指 在當前使用的傳輸檢測的原因是這個二級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出主用戶傳輸段的一段很小的信號，這樣來判斷主用戶的存在。雖然可以檢測到微弱的信號通過 傳輸檢測，但是在檢測過程中這個二級用戶他們是會可能存在一個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，更為了能夠很準確的檢測，可以通過這個二級用戶可以通過其他的二級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 [7]是為了能夠準確無誤的 使主用戶和二級用戶能夠正常的通信，正常的進行工作，所以通過人們的研究可以加入干擾值，可以減少對他們通信的錯誤，當然在這個加入這個干擾值，也是有一定的限制那就是這個主用戶接受的時候它所產(chǎn)生的干擾值要小于某一個特定的規(guī)定的一種干擾的門限值，所以這個主用戶和二級用戶就可以一起來分享這個共同大的使用通信的頻譜，如果大于某一個規(guī)定的干擾的門限值， 那么可能就不能共同使用同一個頻譜段，這樣就需要去尋找另一個可以使用的頻譜段。 （ 2） 信道估計 為了建立可靠通信鏈路 ， 有必要估計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理想 ， 得到充分的信道狀態(tài)信息 ， 所以信道估計是基礎(chǔ) 。 （ 3） 數(shù)據(jù)傳輸 經(jīng)過以上的頻譜的感知和對信道的估 測，認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誤率鏈路延遲時間 能力看參數(shù)如頻譜分析主要是分析的基礎(chǔ)上 ,估計譜參數(shù) 。就這個光譜特征的信息可以了解到，如果想確定以 及保證這個頻譜能夠合理的分布，因為頻譜的合理分布會對當前的用戶 和當前人 們 對這個頻譜的有效性和可靠性的需求等都很重要的。合理的頻譜會對這個數(shù)據(jù)的傳輸率有很大的幫助，可以是錯誤的 概率減少很低，是用戶的接受得到的信息很 正確。當然這里面會對這個 關(guān)鍵的通信信道的設(shè)計也有一定的要求，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， 認知無線電在用戶當中是一種處于動態(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)計的條件設(shè)計的很不好，那些具備高級的 一些優(yōu)先的用戶當要求當前的頻譜進行通話的時候，人們會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 在這個認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)當中可以通過各個節(jié)點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。這個節(jié)點之間需要根據(jù)自己判斷來捕獲有效的信息和策略。會根據(jù)一定的情況進行對頻譜進行對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)這個下墊的方式進行對頻譜的補充，擴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知無線電上的主用戶所使用的頻譜搬移到全頻段當 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 方法去擴展頻譜 。 但是這里面也會存在一些缺點，需要人們?nèi)タ朔模跃托枰M量的 無能量的分配或者使能量的最低。 本章 小結(jié) 通過對上面的認知無線電的簡單介紹，了解 因為在現(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)成為社會的一大難題，但是人類也是智慧的，研究人員提出了認知無線電，能在資源困乏的時候充分的利用資源，提高了頻譜的利用率這就是一大提高。認知無線電是現(xiàn)代社會中應(yīng)用技術(shù)很熱門的一項技術(shù)，很多應(yīng)用都需要在認知無線電的基礎(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)雜或簡單的算法等，都需要通過在認知無線電的基礎(chǔ)上去發(fā)展， 所以在 認知無線電的發(fā)展在將來中必將越來越火熱，把人們通過這個認知無線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來。河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 8 2 OFDM 系統(tǒng) 的研究 OFDM的 簡介 OFDM的產(chǎn)生 背景 早在 20 世紀 60 年代 的時候提出了 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，因為當時科技沒有發(fā)展起來，當時的 OFDM 系統(tǒng)比較復(fù)雜，造成那個時候的 OFDM 系統(tǒng)一直沒有發(fā)展起來。后來到了 80 年代， L. J. Cimini 博士當時提出 并分析了移動通信在 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 中移動通信提出的問題。 從此以后， OFDM 在移動通信中的應(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)在的多媒體進行通信的信息傳輸速率則會被要求達到若干的 Mb/s。這種移動通信的信息在傳輸時，傳輸信道可能會演變成大城市現(xiàn)在大多存在的多徑效應(yīng)衰落嚴重的無線信道。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 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，這些頻譜信號是相互重疊的； （ 2） 每路子載波的調(diào)制十多進制調(diào)制； （ 3） 因為每路子載波調(diào)制的信號的調(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)缺點采用不同的頻譜。 OFDM的概念 OFDM 實質(zhì)上是一種調(diào)制方式， 是一種多個子載波并行傳輸?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]。其中這個多載波的傳輸?shù)乃枷胧菍⒏鱾€數(shù)據(jù)的比特流劃分成若干個子比特流。事實上，就是將開始發(fā)送的高功率變成多個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。圖的上半部分對應(yīng)的是發(fā)射機的結(jié)構(gòu)，河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 9 下半部分對應(yīng)的是接收器的結(jié)構(gòu)。發(fā)送者發(fā)送的數(shù)字信號經(jīng)過傳輸信道會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，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)前綴的是時候加了一個定時和頻率同步， 然后就與發(fā)送的對應(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，信號通過在信道中的校正，再通過數(shù)字的解調(diào)，將信號解交織，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?shù)男盘栟D(zhuǎn)換成發(fā)送和接受的信號。因為類似之 FFT 運算，發(fā)射機和接收機可以使用相同的硬件。當然，這種復(fù)雜的經(jīng)濟意味著收發(fā)不能同時發(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 時和 頻率 同步 圖 21 OFDM 收發(fā)機框圖 OFDM的系統(tǒng)設(shè)計 串 /并變換 每當傳輸數(shù)據(jù)的時候，數(shù)據(jù)都會以典型的形式出現(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)符號就可能會被連續(xù)的 傳輸，這樣每一個數(shù)據(jù)的符號的頻譜就可以很好很充分的利用整個帶寬。 可是在這些并行的數(shù)據(jù)傳送的系統(tǒng)中，會有很多個數(shù)據(jù)符號能夠被同時的進行傳輸。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 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)計說明書 10 以照射到并且映射到 OFDM 符號的在不同的子載波上進行傳送。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)的一系列錯誤 ,相比的情況下大部分的前向糾錯編碼 ， 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，這可以通過隨機分配到每個副載波上每個連續(xù)的數(shù)據(jù)位。在接收端，逆過程制定相應(yīng)的信號。這樣不僅可以恢復(fù)原始數(shù)據(jù)位的順序 ,同時也傳播由于衰落信道是一系列的錯誤 ,近似均勻分布。 OFDM系統(tǒng)中 DFT 的實現(xiàn) 傅里葉變換在時間域和頻率域 ， 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，則信號在時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。 如果相對較大的系數(shù)來說，（ 22）等效的 IDFT 可以完成 OFDM 的基帶信號。 信號采樣率，清晰度是： 0st ? ，且 忽略矩形 函數(shù)，對于信號 ()st 以 /TN的速率進行抽樣，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 其實是 id 的經(jīng)過離散傅里葉逆變換的過程。同樣的當這個接收段想要恢復(fù)出原來的一些數(shù)據(jù)符號 id ， 則也可以對 ks 進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 個子載波在傳輸數(shù)據(jù)符號，則可以看到就會有 N 個點 IDFT 的操作數(shù)，這些傳輸?shù)臄?shù)字符號在數(shù)據(jù)的時間域中通過，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 ks 是經(jīng)過很多的子載波的