【正文】 器來區(qū)分循環(huán)平穩(wěn)特征信號與非循環(huán)平穩(wěn)特征信號(比如：平穩(wěn)噪聲信號)。比如，主用戶發(fā)射信號的統(tǒng)計量具有周期性的特征，這是因為主用戶發(fā)射信號中的調(diào)制率、載波頻率等本身就具有周期性的緣故。這是因為能量檢測法的檢測性能對噪聲的不確定性非常敏感，且隨SNR的降低，其感知時間呈二次方的速度增長，而波形檢測法的感知時間隨SNR的降低呈線性增長趨勢。 噪聲的波動對波形檢測法的檢測性能沒有任何影響，而且，當觀測次數(shù)N增大時，其性能也不會受到SNR墻的限制。 波形檢測法不僅適用于時域，而且在頻域同樣也適用。 根據(jù)式(11)模型可得，采用波形檢測法時，其檢測量為： (14)其中，*表示共軛。即使在無法完全獲得主用戶所有信息的情況下，只要能從SU接收信號中提取出PU發(fā)射波形的某些傳輸模式，就能通過將接收信號與已知的備份信號進行相關運算，即可判決出給定頻譜內(nèi)是否存在主用戶發(fā)射機信號。二、波形檢測(相關檢測)在無線通信系統(tǒng)中，經(jīng)常會利用傳輸波形的某些模式去實現(xiàn)例如控制、同步、均衡或其它功能等。反之，則越高。另外，在ED方法中，判決門限的選取還受SU與PU距離等因素的影響。在ED方法中，判決門限與噪聲方差 有關，由于噪聲存在不確定性，這就造成ED的檢測性能對噪聲的不確定性十分敏感。同時，為了提高檢測概率，減小對PU干擾的概率，判決門限值 卻是越低越好。因此，一種好的頻譜檢測器應該是檢測概率高，而虛警概率低。與 的判決表達式表示如下： (13)其中, 表示信噪比SNR,表示時間帶寬積,、 分別表示完全和非完全伽瑪函數(shù)。ED檢測器的性能可由虛警概率(Probability of false alarm)以及檢測概率(Probability of detection)來衡量。 假設SU 接收到的信號中只有噪聲；而則假設SU 接收到的信號中存在PU 發(fā)射機信號。假設SU接收PU發(fā)射機信號的模型如 (11)其中, 表示在時刻SU 接收到的信號。第一節(jié) 主用戶發(fā)射機信號檢測的頻譜感知 根據(jù)認知用戶所掌握的主用戶先驗知識、檢測復雜度以及精度等要求的不同，傳統(tǒng)的基于單個主用戶發(fā)射機信號檢測的頻譜感知方法可分為以下幾種： ① 能量檢測(Energy Detection, ED) ② 波形檢測(Waveform Detection,WD)或相關檢測(Coherent Detection,CD) ③ 循環(huán)平穩(wěn)特征檢測(Cyclostationarity Feature Detection, CFD) ④ 匹配濾波檢測(MatchedFiltering Detection, MFD)一、能量檢測能量檢測是使用最為普遍的一種頻譜感知方法。然而，在實際情況下，CR 是很難檢測到我們所關心的頻譜內(nèi)是否存在主用戶正在接收主用戶發(fā)射機信號的。因此，即使在主用戶發(fā)射機信號存在的情況下，只要某段頻譜內(nèi)不存在主用戶接收機信號，都可確定該段頻譜未被主用戶占用，即存在空閑頻譜。如果存在主用戶接收機，則表示該段頻譜正在被主用戶占用，為了避免對主用戶的干擾，此時，認知用戶必須立即退出該段頻譜；反之，則表示該段頻譜未被主用戶占用，認知用戶可以接入該段頻譜進行通信。只有通過頻譜感知，CR才可以感知到周圍無線電磁環(huán)境參數(shù)的變化情況，實時地獲取無線頻譜占用的信息數(shù)據(jù)，CR根據(jù)這些信息，將通信信道切換到最適合的空閑頻譜上去，并實時地、自適應地調(diào)整相應的技術參數(shù)以適應新信道電磁特性的要求，在不影響授權用戶正常通信的情況下，保證認知用戶的通信質(zhì)量。③ 第3章主要是構建認知無線電合作頻譜感知模型，提出基于最大特征值的合作頻譜感知的研究方案；④ 第4章主要是在計算機上完成算法性能的仿真，并且在虛警概率一定的情況下，比較合作感知方案的性能并做出性能評價；⑤ 第5章總結(jié)全文，且展望了頻譜感知技術的進一步。并討論了認知無線電的基本技術和無線電技術在多方面的發(fā)展與應用；② 第2章介紹了當前領域內(nèi)的頻譜感知方法，并對主要的幾種方法進行了研究和分析。文中建立認知無線電合作頻譜感知的系統(tǒng)模型和信號模型，明確合作頻譜感知的目標和性能評估方法；是根據(jù)接收信號協(xié)方差矩陣的特征值和特征向量，設計相應的全局變量融合生成算法，將兩種檢驗假設下的全局檢測變量盡可能地進行最大化分離；最后進行計算機仿真，完成一套完整的合作頻譜感知鏈路的仿真代碼。本文主要是從單節(jié)點和合作式的方面來認知無線電技術的頻譜感知，提出了在目前領域內(nèi)的幾種頻譜檢測方法和算法。以CR的方面來看。這就是說這是非常困難的要保證無線局域網(wǎng)的工作頻段不受這類設備的干擾。目前的無線局域網(wǎng)標準中， 系列標準正在被廣泛的應用[19]。3 認知無線電在 WLAN 中的應用目前無線局域網(wǎng)（WLAN，Wireless Local Area Network）主流是以 標準為基礎的無線技術。如若將兩者相結(jié)合，既能通過距離、功率和所要求的數(shù)據(jù)率來進行頻譜優(yōu)化，以解決UWB共存的問題；又能解決CR在實現(xiàn)上遇到的比如復雜射頻、前端設計等難題，UWB技術能提供幫助。因為傳統(tǒng)窄帶系統(tǒng)與UWB系統(tǒng)間存在著無法避免的干擾，將UWB技術與CR技術相結(jié)合用來解決干擾問題也已成為最近幾年大家的研究熱點。最先將CR技術應用在UWB系統(tǒng)中就是提出認知超寬帶無線電技術（CUWB）時[15]，他的提出是為了可以實現(xiàn)在多頻帶正交頻分復用（MBOFDM，MultiBand Orthogonal Frequency Division Multiplexing）和直序列超寬帶（DSUWB，DirectSequence UWB）這兩種UWB標準之間的互通。跟其他的IEEE標準相比， 空中接口的關鍵問題是共存問題，例如偵聽門限、響應時間等一些機制則還要做大量的研究。 空中接口所具有的重要特性就是其靈活性和自適應性[15]。它當中有一個功能相當于一般基站的控制中心，主要是負責收集頻譜的感知信息，并分析頻譜當前的使用狀況，再處理認知用戶的請求，當然認知用戶需要向控制中心的數(shù)據(jù)庫報告功率水平、調(diào)制方式、自己的位置等等信息，最后會由控制中心給認知用戶來分配空閑頻譜。它能夠作為寬帶訪問線路通過利用CR技術將分配給電視廣播的VHF/UHF頻帶。所以，CR一定會在目前各類無線通信網(wǎng)絡系統(tǒng)中表現(xiàn)出無與倫比的應用潛力。所以，認知無線電可為迅速增長的各種數(shù)據(jù)通信業(yè)務提供額外的帶寬及功能豐富的通信服務。在解決頻譜共享及復用這些問題上，CR具備非常強大的領先優(yōu)勢。因著無線通信技術的快速發(fā)展，其中特別是無線局域網(wǎng)WLAN(Wireless Local Area Network)和無線城域網(wǎng)WMAN(Wireless Metropolitan Area Network)一類的無線通信技術和增值業(yè)務的飛速發(fā)展，讓大家能夠同時在享受到超寬帶、快捷、高效的服務的時候，也給許多網(wǎng)絡運營商們帶來了豐厚的利潤。而且，認知無線電網(wǎng)絡能夠通過自我的調(diào)節(jié)，以達到完全適應不同的通信網(wǎng)絡各技術要求指標和條件，它讓與其它通信網(wǎng)絡系統(tǒng)協(xié)同工作的能力得到簡化了。而且，CR通信設備能夠提供包括語音、視頻及各種文字等多種類型的無線通信業(yè)務。并且，緊急通信的系統(tǒng)需要的是非常寬的無線頻譜以用來傳送數(shù)量巨大的通信數(shù)據(jù)流，其中包括語音、視頻及其它各種文字數(shù)據(jù)等等。二、公共安全及應急通信領域認知無線電的網(wǎng)路，具有加強公共安全，提高應急通信能力。于此同時，CR還能夠感知機會接入的路徑，在不同的頻段內(nèi)采用隨機接入的形式進行通信，能夠起到影響敵方監(jiān)聽，并保護己方通信的秘密，它能夠提高軍事通信的安全。一般，在一些時間和空間里，因為有很多授權頻譜沒有被PU使用而處在空閑狀態(tài)上，這一情況使得CR可以充分利用這些空閑頻譜通過采取動態(tài)頻譜介入技術，它能夠減輕頻譜的擁塞，提高在軍事通信網(wǎng)絡上的的信息容量。CR技術的應用能夠包括軍事領域、公共安全領域、應急通信以及商業(yè)應用等諸多范圍和領域。并且，在頻譜共享的時候，CR系統(tǒng)所顯現(xiàn)出的及時自我判決力也使中心式頻譜管理者的負擔大大減輕了。 第五節(jié) 認知無線電的應用前景認知無線電系統(tǒng)擁有通過檢測、感知、監(jiān)視周圍無線射頻環(huán)境再根據(jù)外界環(huán)境的變化及時的地調(diào)整自己操作參數(shù)的能力。另一種實現(xiàn)功率控制的方法是以信息論為基礎的的迭代注水法，它的基本思路是將系統(tǒng)的信道當成若干平行的獨立子信道的集合，這當中各個子信道的增益則將由對應的奇異值決定他們?，F(xiàn)在的主流技術是拿Markov來對策進行分析，Markov對策它會將多步對策當成是一個隨記的過程，并且把傳統(tǒng)的Markov對策擴展到了擁有多個參與者的分布式?jīng)Q策中。一般在不考慮非合作對策的情況下，將系統(tǒng)看成完全的合作對策，這時功率控制就簡化為一個最優(yōu)控制的問題了。對策論[8]是針對研究決策主體行為，產(chǎn)生直接相互作用時的決策以及考慮決策的均衡問題，對策論可以劃分為兩類，分別為合作對策和非合作對策。這兩種情況非別是給定的干擾溫度和可用頻譜的空穴數(shù)量。在限制了給定的網(wǎng)絡資源情況下，它可以允許其他用戶一同工作。在多用戶CR系統(tǒng)工作中協(xié)作和以先進的頻譜為基礎的管理功能，能夠?qū)⑾到y(tǒng)的工作性能提高，它還能夠支持更多用戶的接入。 功率控制技術 在CR通信系統(tǒng)里功率控制的實現(xiàn)是按照分布式來進行的，以擴大系統(tǒng)的工作的范圍，提高接收機性能，造成其他的用戶干擾的主要理由是而每個用戶的發(fā)射功率，所以，功率控制也是CR的關鍵技術之一[5]。根據(jù)分配架構的不同，頻譜分配技術可以分為集中式和分布式兩大類[18]。他還得出了一種頻譜分配方案基于規(guī)則的，這方案的思路是用戶經(jīng)過觀察本地的干擾碼型，依照先前設定的適用在不同環(huán)境的規(guī)則獨立決策以此來選擇信道，它會在性能復雜度和通信成本上得到折中。 Peng和Zheng[12] 指出有種基于標簽類的機制，它可識別出不同用戶的優(yōu)先級，可以改善性能達到 50%多。它制定了在主用戶與認知用戶間選擇頻譜的協(xié)商機制，其中主要包含了補償?shù)膮f(xié)議、租用頻譜的協(xié)議以及頻譜使用的優(yōu)先級協(xié)議等等。合作式的頻譜分配側(cè)重的是各個認知用戶行為對其他用戶產(chǎn)生的影響；非合作式的頻譜分配只需考慮自己的行為。針對頻譜池策略的DSA主要的功能是將信道利用率最大化和提高用戶接入的公平性，并且DSA能夠協(xié)調(diào)管理授權用戶與非授權用戶他們間信道的接入。當前CR的DSA研究主要是針對頻譜池（Spectrum Pooling）[9]這一快，它的基本理念是將一些分配到不同業(yè)務的頻譜合并組成個公共的頻譜池，并且把整個頻譜池劃分成為若干子信道。 頻譜分配技術認知無線電是用動態(tài)頻譜分配（DSA, Dynamic Spectrum Allocation）的方案[8]。集中式指的是系統(tǒng)的各個感知節(jié)點將本地的感知結(jié)果送到基站或者在接入點就一同進行數(shù)據(jù)融合，做出判決；分布式指的則是先在多個節(jié)點間相互交換感知的信息，再各個節(jié)點獨立判決。比如合作偵聽就是準許多個認知用戶之間來相互交換偵聽到的信息，有效的提高頻譜的檢測能力。這種檢測方法不但能夠在低信噪比條件下也具備相當良好的檢測性能，并且它擁有信號識別功能，但是運算復雜度高。能量檢測是現(xiàn)在應用較廣的一種頻譜檢測的方法，但是它不適合在低信噪比情況下；循環(huán)平穩(wěn)過程特性檢測則可以提取到調(diào)制信號他的特有特征值，像調(diào)制類型、符號速率以及正弦載波等特征值。頻譜感知發(fā)射機感知合作式感知基于干擾溫度的感知匹配濾波感知能量感知循環(huán)平穩(wěn)感知 頻譜感知技術分類其中發(fā)射機檢測[7] 又叫作非合作檢測，它主要是指匹配濾波器檢測、能量檢測和循環(huán)頻譜感知頻譜感知平穩(wěn)過程特征檢測這三種檢測方法?？傮w而言，現(xiàn)在的認知無線電頻譜檢測技術可以分為這幾大類：基于發(fā)射機的檢測、合作檢測以及基于接收機的檢測，如圖11 所示[6] 。這個則需要認知無線電系統(tǒng)它能夠具備頻譜檢測功能，可以連續(xù)偵聽頻譜，能提升檢測的可靠性。認知用戶的概念是指的那些未經(jīng)授權就使用了只有授權了用戶才能使用頻譜的用戶，它的主用戶是那些獲得授權使用頻譜的用戶。我們下面會對認知無線電的關鍵技術來作簡要介紹。它能夠在認知無線電技術的基礎上實現(xiàn)動態(tài)頻譜的應用；此外，維吉尼亞無線通信技術中心則主要是注重基于遺傳算法的認知模型它的研究和在認知無線電節(jié)點引擎實驗床上的研究；英國移動電信技術虛擬中心早就開始轉(zhuǎn)向認知無線電的研究當中了，他們的多模終端研究小組和布里斯托爾大學通信系統(tǒng)研究中心有一起合作進行了自適應射頻技術的探究；不少大學，比如荷蘭的代爾夫特大學、德國柏林技術學院、美國加州大學伯克利分校等都有進行認知無線電這一方面的研究。 在現(xiàn)在，國外一些大學和許多科研機構都正投入到認知無線電技術的研究中[1]。在 2008 年的 868 重大課題研究中，我國就對認知無線電的研究工作提供了三個項目的明確研究，且這當中每個項目的經(jīng)費為 800 萬元。 這幾年來，不少國內(nèi)研究機構都開始關注和開發(fā)認知無線電技術。它的目的旨在以無干擾的方式去使用已分配給電視廣播業(yè)務的那些頻段。 ，這個工作組是全球第一個基于認知無線電技術的全球空中接口標準化正式組織； 也被稱作無線區(qū)域網(wǎng)絡（WRAN, Wireless Regional Area Network）。因為這個頻段在美國利用率的低，它在通過允許不同免許可設備來使用這個頻段，不但提高頻率的利用率，還推廣了寬帶無線接入業(yè)務。在2002 年12 月，F(xiàn)CC他們提出非授權頻段用戶如果想在授權頻段內(nèi)使用，應具有識別未占用頻段的能力；繼而在2003 年 11 月，F(xiàn)CC則提出了一個新的干擾指標值用于量化和管理——干擾溫度這一概念，用來擴展人們在移動通信和衛(wèi)星網(wǎng)絡頻段的非授權操作；同年 12 月，F(xiàn)CC就發(fā)布了《使用認知無線電技術促進頻譜利用的通知》，這個相當于對美國電波法的《FCC規(guī)則第 15 章》進行了修正，且專門成立了認知無線電正式工作組。第三節(jié) 認知無線電技術的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀認知無線電這一技術的實現(xiàn)離不開頻譜管理政策的支持