【正文】 合自己使用的 。另外就是全世界不同的國家對于這門技術的規(guī)定是不同的，這也就增大了各國之間的對于機會頻譜接入方面的進一步的發(fā)展。在實際的應用中不僅僅需要一定的理論基礎，同時必須通過一些軟件的仿真結果來得知哪些外界條件比如硬件的設備、算法或者其他的干擾方面對于動態(tài)頻譜起到的重要的影響。而在未授權頻段上，也可以考慮利用 OSA，使訂戶和伺機用戶 (Opportunistic User)共同使用頻譜以提高頻譜利用率。這樣認知用戶總是處于動態(tài) 的尋找可用的頻帶中，所以稱這種認知為 機會頻譜接入。在由授權用戶和認知用戶構成的認知網絡中，當授權用戶在某時某地沒有一直在使用自己已經授權的頻帶的時候，該認知無線電用戶就可以暫時的使用該授權用戶的頻帶，但當授權用戶想繼續(xù)使用的時候，該認知用戶就必須及時的撤離，讓授權用戶正常的通信。 從而可以盡快地發(fā)現非法的惡意攻擊終端。認知無線電在 提高系統的性能和安全性 方面也起到了一定的作用。但以 上所說的這些只是 CR 極小的一部分應用，這些技術能夠按照漸進的方式來擴展直到實現認知無線電所承諾的全部性能。無論是采用動態(tài)頻率選擇 (DFS)和發(fā)送功率控制 (TPC)機制，避免與雷達信號的干擾。所以在分給軍事的頻段必須是在不參與任何的商業(yè)的基礎設施上，通過一些參數的設置來保證通信的質量。 在軍事方面，不能像其他方面利用頻譜資源一樣。所以商人在帶動認知無線電的發(fā)展方面也起到了很好的促進作用。在商業(yè)上的表現就非常的廣泛。碰撞時不可避免的。但是從 9開始時碰撞概率機會為 1 了，也就是說，為了盡量的減少主次用戶之間的碰撞，必須在發(fā)送包上也做一些改善，才能夠讓認知用戶能夠在不影響主要 用戶的前提下進行通信。下面主要討論一下在發(fā)送數據包的長度上的影響[14]。所以在信道的選擇上進行改進，也是能夠很 好的改善整個的通信環(huán)境的。整體的步驟還是一樣的，主要的差距就是在發(fā)送的長度大于此用戶需要發(fā)送的信息的長度時的等待時間，主要是判斷該主信道是否有被一直抽中使用。根據上面的公式，把 P算出來，選擇出這 個概率最大的，如果選出的有兩個及以 上的信道則任意的選擇一個就行了。假設在任意的時刻二級用戶 需要傳輸的時長為 l,那么信道 I 從初始狀態(tài)停留的時間 iX 超過 l 的概率為??? ????? l li iedxxflXP ?)(1)( i 。在之前的研究中，主要是隨機的選擇，這樣會產生一種壞的情況就是，可能在每次的選擇的時候會選中同一個信道，這樣就增加了主用戶與次用戶之間的碰撞率，這樣對于整個的無線 網絡是不好的。所以信道的選擇也是很重要的。在之前的信道接入方面，各國都有一定的研究，提出了在干擾溫度模型、學習理論以及博弈論的信道選擇的方法。但是如果探測周期很短，這個會浪費資源， 并且技術上比較難實現。除了這個，還有一項在感知過程中很重要的是 感知周期選擇 ，周期選擇 的目標是使頻譜機會的利用率最大。 整個的感知過程是在認知網絡中的物理層中進行的，在感知的時候要求感應器必須具備很高的精確度，并且能隨時的感知頻譜。最后通過這個方法可以判斷出，在 ? 與 ? 的之間的差值的絕對值越來越大的時候，網絡的 吞吐量相應的也會變大。在 其他條件不變 的情況下，把 ? 的概率不斷的增加，相應的 ?的值不斷的減少，通過仿真可以得到一些曲線，具體的分析在第三部分呈現。 在本論文中，主要是從 主要 用戶的保持空閑的概率和由忙碌轉化為空閑的概率來判斷整個認識無線電的周邊環(huán)境中可用信道的 總量 。檢測周期、檢測時間和搜索時間的參數如何選取，以及采用何種感知模式和信道搜索方式，才能使感知效果最優(yōu)，這都是感知機制的優(yōu)化問題。信道搜索是指次用戶需要搜索各個信道，尋找可用于傳輸的空閑頻譜。其實 最先提出了 優(yōu)化 感知機制的 是 Ghasemi等人，主要關注感知模式的選擇和感知參數的優(yōu)化。對于認知 無線電中的頻譜接入技術的感知方面也適用于上面所說的感知檢測方法。 黑色的為頻譜14 的感知階段，而白色的為信息的傳輸階段。 頻譜空洞的 感知 [13] 頻譜空洞已經在上面說到過，它已經指定給了某一個主用戶，但是在某一個時段它并沒有使用的情況下，空出來的頻譜。 影響 動態(tài)頻譜接入 性能的因素 對于 動態(tài)頻譜接入 來說，它的總的工作流程大概如下： 13 圖 27 整體流程圖 由上圖可以看出，三個大塊感知、控制 和 發(fā)送都會影響到 整個 動態(tài)頻譜接入 的實現結果。而窄帶的二級用戶基本的來說，主要的進化就是窄帶的二級用戶擁有選擇性，能夠從眾多的主用戶中挑選出一個進行頻譜的檢測等等。 3．根據二級用戶的接入模型來分類 這種分類主要為三種：基本的二級用戶、窄帶的二級用戶和寬帶的二級用戶。 12 圖 26 非授權用戶的頻譜感知圖 橫縱坐 標分別表示為時間和信道數 ，表示在兩個信道中，機會主義頻譜接入中 SU 在PU 中尋找機會的圖，藍色部分表示 PU 已經占用的，空白部分為 PU 沒有使用的部分，即SU由可能可以占用的部分， )(jSi =0表示被占用，而為 1 是表示為空。 對于空域接入來說，主要是在空間中，這種接入方式主要是 SU 通過功率的控制來保證 PU 的通信質量，從而占用空閑信道的方法。但這種共享也是有一定的條件的，那就是，必須在不干擾整個授權用戶的使用情況下。 分層接入模型： 這種模型如同上面的共享型一樣，主要也是針對共享性比較差的情況。所謂共享就是把頻譜向所有的用戶公開，由網絡中的節(jié)點把自己所感知到的頻譜信息匯總到集中控制的單元，這樣進行匯總，再由該單元決定把頻譜分配給哪些用戶。 而動態(tài)頻譜分配則是在某些時刻能夠把無線頻譜的一部分分配給某一無線接入網，其他用戶不得使用，但是這種分配方法不能滿足通信過程中的突發(fā)性。其中動態(tài)獨享模型具有兩個方面的技術：頻譜授權和動態(tài)頻譜分配。具體的分類如下所示： Qing Zhao等人的 系統理論上來分類 [12] 動態(tài) 頻譜接入大概可以分為三種類型：動態(tài)獨享型、開放共享型和分層 接入型。對于認知無線電來說，其是基于軟件無線電平臺的，是通過對于整個的通信環(huán)境的變化進行探測來自適應的調整自己的工作參數來獲取空閑 的頻譜， 后來形成了動態(tài)頻譜接入方案，是一種 重要的實現平臺。簡單點說，動態(tài)頻譜接入技術 [11]是針對現有頻譜分配策略的三個主要弊端提出的：一是固定分配；二是共享性差；三是對頻譜如何使用的嚴格限制。 而認知無線電中的動態(tài)頻譜接入技術則能根據 頻譜被使用的 情況 ，在 合適的地點、 時機， 用合適 的工作方式利用一切可用信道 (包括對非授權頻段的利用 )，不僅大幅度地增加了 認知 用戶接入頻譜的機會，而且有效地提高了信息傳輸的質量和頻譜利用率。 認知無線電動態(tài)頻譜接入模型 在剛開始的 無線通信系統對頻譜的利用是基于靜態(tài) 頻譜分配策略 的 ，無線通信系統只能嚴格按照頻譜的劃分， 授權用戶占用著自己的頻段 ，并 從這些頻段中挑選出最適合自己的通信通道。 jCjB Tj ppt tRT *)1(* )(1 1 ?? [10]其中 R 是二級用戶傳輸速率， 1Tt 是每個時隙用來傳輸數據的時間， 1Bt 是表示每個時隙所持續(xù)的時間， jP 為信道 j的沒有使用的概率，由上面的公式可以看出，一個信道的吞吐量與傳輸速率和每個時間用于數據傳輸的時間和信道的空閑概率成正比，而與每個時隙的時間成反比，因此 L 個信道的總的吞吐量如下列所示 ???Lj jTT 1。 （ 4） Drive/Over Drive：是通過在異構網絡中采用通用協調信道來進行頻譜接入的活動，從而實現動態(tài)頻譜的分配。 近年來，認知無線電技術受到來自學術界人的普遍關注，許多國家的研究機構，建立了認知無線電的網絡平臺，并且根據頻譜使用、調制等的不同特點，舉出了幾項不同的認知無線電的網絡構架，主要的構架如下所示： （ 1） Spectrum Pooling:這種構架是建立在頻譜池的技術上，同時結合了 OFDM 的另外的一種構架和感知方法，即基站中心式共享頻譜架構和ＣＲ用戶的感知方法， 并且在有主要用戶出現的子載波上以最大功率調制一個復雜的符號，用來實現資源的分配和共享 （ 2） CORVUS：采用協調的方式來實現主用戶的頻譜感知技術和頻譜分配技術。其他 的功能在應用層、網絡層和傳輸層中都有[8] 10 體現。 認知網絡的形成 圖 26 認知無線電網絡功能與層次結構 圖 26 中展示的是認知無線電網絡的功能所對應的網絡層。認知無線電網絡采用的就是 CR技術，能夠感知周圍的無線環(huán)境的變化，并且也能夠通過對于外界環(huán)境的感知來調整工時的參數來達到整個網絡的穩(wěn)定通信狀態(tài)。 自適應的頻譜分配技術必須在感知的前提下，判斷信道中的情況，從而進行的分配，但一切以授權用戶為中心，絕對不能侵犯授權用戶的利益。但由于認知無線電的具有一定的特殊性，必須滿足很多的條件，比如頻域時域的要求等，這就要求從形形色色的頻譜分析算法中條算出最合適的進行運行以及改進。頻譜分析技術是一項相對來說比較成熟的數字信號處理方面的技術，并且經過了很多年的發(fā)展，已經形成了各種各樣的算法和理論知識。對于模擬信號來說，先是對模擬信號進行抽樣，使其離散，然后利用離散傅里葉（ DFT）或者快速傅立葉（ FFT）來分析圖像的幅度（ ABS）和相位（ ANGLE），但是對于數字信號來說，可以省略一些步驟，可以直接的進行離散傅里葉或快速傅里葉變換。對信號來說，可以分為模擬信號和數字信號。 對 信號進行頻譜分析，主要是進行傅里葉的變換，得到相應的振幅譜和相位譜。頻譜分析主要是通過無線環(huán)境反饋回來的信息，進行一定的處理，把反饋的信息轉化為需要改動的參數的值，有助于頻譜信道的選擇。 兩者之間的差距主要是博弈論是隨機的，而迭代算法是按照奇異算法來決定的。 功率控制是一項能直接影響無線傳輸性能的關鍵技術。 ：適用于主用戶的信號具有周期平穩(wěn)的情況，這種檢測可以區(qū)分噪頻譜感知 干擾檢查 能量檢測 發(fā)射源檢測 匹配濾波器檢測 合作檢測 周期平穩(wěn)過程特征檢測 8 聲和信號的類型，檢測的靈敏度較高，但是由于計算的復雜程度較高，需要等待較長的時間才能夠觀察到結果。 圖 25 匹配濾波器的工作原理圖 ：這種檢測方法直接對時域信號的采樣值求模，然后求其平方值便可以得到。因為只需要比較信噪比，所以這種檢測方法的耗時較少并且能夠擁有較高的處理增益。 下面簡要的介紹下這三種的檢測方法的優(yōu)缺點。 圖 24 頻譜感知 的結構圖 圖 24 是 顯示了頻譜感知技術中的主要檢測方法 [9]。 信道監(jiān)視是指 非授權 用戶必須周期性地檢測 授權7 用戶 的 信號，以免對 重新使用信道的授權 用戶造成干擾。 非授權 用戶的動態(tài) 頻譜 接入 過程 ，在認知無線電 網絡下， 存在兩種不同的 感知場景：信道搜索 以及信道監(jiān)視。 頻譜感知的技術也在日趨成熟，在國內外也出現了很多種用于頻譜感知的技術。所以在頻譜感知中就需要讓非授權用戶的感應器能夠較精確的感應出此刻的授權用戶是否在使用其授權的信道，如果精度達不到一定的要求，那會嚴重的干擾到授權用戶以及非授權用戶的進程，這樣對于提出的認知無線電就失去了意義。在 認知無線電中，頻譜的感知是非常重要的。 6 圖 23 認知 用戶 感知 頻譜 圖 頻譜感知 技術 認知用戶即所謂的 非授權 用戶通過各種各樣的信號檢測等方法來獲取無線網絡中的頻譜使用的信息 的過程叫做頻譜的感知。 由下圖可以較形象的表示出，認知用戶與授權用戶之間的頻譜共享關系，圖中的虛線圈內的空間即為認 知或者授權用戶所擁有的。 認知無線電中的 關鍵技術 雖然認知無線電技術在發(fā)展，但是目前 的認知無線電 還是處于一個比較初級的狀態(tài)，很多的技術都不太 成熟。認知無線電這個 技術目前來說還是個前沿的課題，無論是國內還是國外都還處于初級的階段，所以有足夠的空間來開發(fā)，為人類謀得更大的福利。 動態(tài)頻譜管理是基于傳統網絡規(guī)劃來實現的 ，細粒度的改進頻譜資源優(yōu)化 。 5 圖 22 頻譜空洞的利用圖示 隨著認知無線電的不斷發(fā)展，認知無線電 的動態(tài)化 ， 研究出 更深入的 算法等技術 ， 能夠 盡量避免 非授權用戶 、授權用戶與非授權用戶 之間的碰撞，利于 進一步提高 頻譜 利用率。如 圖 22所示。其中感知、傳輸等在物理層中進行。 在有空閑的頻譜時，認知無線電給周圍的無線環(huán)境 發(fā)射信號 ，對頻譜進行檢測，找出空閑的 信道，無線環(huán)境會給認知用戶一個反饋，包括授權用戶的 及時狀態(tài)以及其他的認知用戶的工作狀態(tài)等等 ，根據這個反饋信息，認知 用戶進行頻譜分析，把能夠使用的空閑信道作為自己使用的對象，并采用比較適合的 算法 來接入并 發(fā)送數據。 認知無線電的工作 模 式 作為一種特殊的工作模式，認知無線電 主要是由用戶在信道中進行通信。 所以 ， SDR 著重于 用 無線電 的 系統信號處理 來實現 ；但是認知無線電更加注重該系統 是否 能夠 對變化的環(huán)境進行感知 ，并 通過感知的結果進而4 調整 系統 的 工作參數。 認知無線電是建立在 軟件無線電（ SDR） 上的 。 經過 查閱 認知無線電相關的資料之后， 初步了解了認知無限電是針對授權頻譜的，所以在實現資源的共享時，對于認知無線電必須有一定的規(guī)范，基本要求主要有兩個方面 。提出任意一 個 無線電，只 要 能夠 獨自的感應外界頻譜， 就 能夠被 稱 為 CR。還有一種 是 以 維吉尼亞技術中心為代表 的，其