【正文】 。一位教授Simon Haykin [4] 結合Mitola 和FCC他們對認知無線電的觀點，終于在 2005 年里又一次重新定義了認知無線電的概念。另一位科學家Rieser [3] 則認為Mitola 他所提出的那基于人工智能的認知系統(tǒng)，會受限于硬件或平臺自身的計算能力，并且它不能適應快速變化的網絡。FCC 他們提出的認知無線電則是相對簡化的一個版本，它只建議只要是可以具備自適應感知能力的某種任何無線電都能夠叫做認知無線電。所以其核心是具備學習的能力，且能夠和四周環(huán)境來交換信息，能夠感知及利用在這個空間上的可用頻譜，它能夠降低甚至限制沖突的發(fā)生。此后，認知無線電讓讓軟件定義無線電從盲目執(zhí)行預置的程序，變換為智能去代理無線電領域。 這當中最具有代表性的是以 Mitola 為首的，代表瑞典皇家科學院以及美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）所持的觀點；其他的觀點還有以 Rieser 為首的維吉利亞技術中心和英國伯明翰大學 Simon Haykin 等人他們所認為的觀點。由此可得，不斷引入認知的機制，不僅可以更佳有效的去提升將來無線通信系統(tǒng)頻譜的利用率這一問題，更加可以解決無線頻譜在技術和各種應用上的迫切需求。這能夠平衡通信系統(tǒng)的成本以及性能。CR的核心概念是讓無線通信設備具備發(fā)現(xiàn)存在的“頻譜空穴”且能夠合理有效的利用頻譜空穴的能力。認知無線電（CR , Cognitive Radio）這一技術的出現(xiàn)發(fā)展給解決無線資源頻譜的貧乏提供了一條新的路徑。認知無線電的基本理念是：具備認知能力的無線通信的設備，可依照“伺機（Opportunistic Way）”方式以接入授權的頻段內，且動態(tài)使用這頻譜。為解決以上問題人們現(xiàn)在的基本思路就是盡可能的的不斷提高現(xiàn)有的已分配頻譜的利用率。因此在信息網絡和無線移動通信高速發(fā)展的現(xiàn)在，頻譜資源的匱乏問題就越來越嚴重。可是這些已經被分配的授權頻段和非授權頻段中存在頻譜資源的利用不平衡。且一般一個頻段只供一個獨立的無線通信系統(tǒng)使用。 60 第一章 緒論第一節(jié) 認知無線電的研究意義和背景信息時代的到來，使得無線頻譜在現(xiàn)代社會成為不可或缺的的珍貴資源。為了能夠克服“頻譜空穴”，在空域、時域和頻域中更加高效的利用無線頻譜，提高利用率。同時研究發(fā)現(xiàn)，在廣泛的授權頻段中，無線頻譜利用率極低的部分大多為傳播特性良好的低頻頻譜。采用固定頻譜分配方式雖然利于頻譜管理機構管理，但由于無線多媒體技術未來的發(fā)展前景是高速化的，而固定分配方式下頻譜利用率較低，相互的不適應迫使人們急于采取先進技術努力提高無線頻譜的利用效率。通過使特定無線頻譜塊與特定無線接入網絡一一對應的方式使無線通信系統(tǒng)得到相應的頻譜分配。美國聯(lián)邦通信委員會的研究報告指出，造成現(xiàn)有頻譜資源緊缺的主要因素包括不合理的頻譜管理及不良的分配策略?！娟P鍵詞】認知無線電 頻譜感知 能量感知 合作式感知 信號檢測ABSTRACTWith the rapid growth of wireless munications business, the increasing spectrum demand and the contradiction between the limited spectrum resources has bee one of the main bottleneck restricting the development of wireless munication. the thesis focuses on the cognitive radio spectrum sensing technology, the main contents are as follows:And, in view of the key technologies to realize cognitive radio has carried on the exploration from the theory, analyses the energy test in the ideal and fading channel environment perception of authorized user signal performance and the shortage of multiple cognitive user collaboration awareness and diversity reception technology into energy, an improved algorithm is put forward. Improved spectrum sensing algorithm preserves the energy test both the characteristics of easy to implement and without a priori information, and can effectively improve the reliability of detection. Respectively under the environment of the channel performance simulation and analysis.Aiming at classical spectrum sensing algorithm in cognitive radio (energy detection, geometric average arithmetic, signal subspace, maximum eigenvalue detection) problems existing defects of different level, in order to further improve the detection performance of spectrum sensing algorithm, is proposed based on cooperative spectrum sensing signal Principal Component extraction algorithm of PCA (Principal Component Analysis).The algorithm in cognitive radio system for authorized users (Licensed User, LU) signal does not have any prior conditions of application scenarios, only based on the received signal covariance matrix eigenvalue and eigenvector of the detector. In according to the design of the received signal SNR maximization criterion and constraint conditions, can be based on the eigenvalue and eigenvector with optimal detection performance of cooperative spectrum sensing variables, namely the building of the brain that receives signals based on principal ponent (principal ponent), the optimal global cooperative spectrum sensing detection variable fusion schemes, and realize the related detection under the way of the optimal spectrum sensing performance. The simulation results show that the algorithm scheme can significantly improve the cognitive wireless network collaborative spectrum sensing performance.【Key words】 Cognitive radio Spectrum perception Energy awareness Collaborative perception cover optimization目 錄 IV 前言目前，由于各類多媒體技術越來越普遍應用于生活，無線用戶數(shù)量急劇增加，使可利用的頻譜資源稀缺。在依據接收信號信噪比最大化的設計準則和約束條件下，能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，即構建基于接收信號的主分量（principal ponent）的合作頻譜感知最優(yōu)全局檢測變量融合方案，實現(xiàn)非相關檢測方式下的最優(yōu)頻譜感知性能。針對認知無線電中經典頻譜感知算法（能量檢測、算術幾何平均、信號特征值子空間、最大特征值檢測）存在不同程度缺陷的問題，為了進一步提高頻譜感知算法的檢測性能，提出了基于信號主分量提取的合作頻譜感知算法PCA(Principal Component Analysis)感知。其次還詳細的分析認知無線電的國內外研究現(xiàn)狀及關鍵技術。重慶郵電大學本科畢業(yè)設計（論文） 郵電大學畢業(yè)設計（論文）設計（論文）題目：認知無線電中合作頻譜感知方法的研究摘 要隨著無線通信業(yè)務的快速增長，日益增長的頻譜需求與有限的頻譜資源之間的矛盾已成為制約無線通信發(fā)展的主要瓶頸之一。而頻譜感知是構建認知無線電系統(tǒng)的前提之一，所以認知無線電中合作頻譜感知方法的研究就顯得尤為重要，論文重點研究認知無線電中的頻譜感知技術，主要內容有:本文首先介紹了認知無線電的基本概念，全面總結已有認知無線電頻譜感知技術的原理、特點和性能。詳細闡述了頻譜感知技術的研究現(xiàn)狀和概念，并指出了目前頻譜感知研究工作中受到關注的一些主要問題，圍繞這些問題進行了深入研究。該算法在認知無線電系統(tǒng)對于已授權用戶(Licensed User, LU)信號不具備任何先驗條件的應用場景下，僅利用接收信號協(xié)方差矩陣特征值及特征向量的檢測器。仿真結果表明該算法方案能夠顯著地改善認知無線網絡的協(xié)作頻譜感知性能。想要挖掘更多的無線頻譜資源成為熱點研究。固定分配頻譜是現(xiàn)階段各類頻譜管理部門最常見的分配方式，即將無線頻譜分成固定大小的頻譜塊。為了保護頻段，頻譜管理機構將大小固定的頻譜塊之間余留一定的間隔，同時獲取授權資格的各類運營商對頻譜的使用也有固定的期限，當期限截止時，這些頻譜塊將會被重新指派。為了努力使無線頻譜的利用率提高，人們采用了諸如多天線技術、（數(shù)字輸入、分散式輸出）技術和鏈路自適應技術等先進的無線通信領域理論及技術，但提高效果并不理想。更多實測研究表明，以下的頻段未能充分利用的部分占70%，而以上的頻段則幾乎都未被使用。公司的博士率先提出認知無線電（,）【1】的概念。無線頻譜目前處于主要由國家統(tǒng)一分配授權使用狀態(tài)。這一種靜態(tài)無線頻譜的管理方式，簡單有效，避免了許多不同無線通信系統(tǒng)之間的相互干擾。第一，在整個頻譜資源中，授權頻譜就占用了很大的一部分，使得很多頻段處于空閑的狀態(tài)；第二，整個頻譜資源中，可開放使用的非授權頻段只占用很小的一部分，可在頻段上的用戶卻很多，業(yè)務量大，這些無線電頻譜段，已基本趨于飽和狀態(tài)。所以，找尋更佳有效的頻譜的管理方式，來充分利用不同時間，不同地域的空閑頻譜，用來解決日益增長的頻譜需求間的矛盾，成為現(xiàn)在人們不斷重視的問題?！?】所以，人們提出了認知無線電這一概念。這種出現(xiàn)在頻域、時域和空域未利用的頻譜資源被稱作“頻譜空穴”?！?】CR是讓允許認知用戶自己適應感知授權頻段的頻譜空穴，機會式利用在時間和空間上的頻譜空穴來進行信號的傳輸，來提高頻譜的利用率。CR可以使無線通信系統(tǒng)設備不經過授權，即可使用在通信上傳輸性能更好，頻帶寬的頻段。且?guī)挼臒o線通信系統(tǒng)能夠具備更大動態(tài)范圍的業(yè)務傳輸特性，這正有利于在寬頻段的動態(tài)范圍內機會式傳輸。第二節(jié) 認知無線電的概念在認知無線電不斷發(fā)展的歷程里，人們對于認知無線電的具體定義以及它所具備的功能的認知存在不同觀點。CR這一概念最開始是由Joseph Mitola他提出的[2]，Mitola認為用軟件來定義無線電（SDR, Software Defined Radio）是實現(xiàn)認知無線電的最理想的平臺。CR是指無線電其內的工作狀態(tài)，他能用無線電知識描述語言（RKRL, Radio Knowledge Representation Language），【4】通過基于用戶本身需求的自動推理和網絡系統(tǒng)智能交流。所以它的認知功能實現(xiàn)主要是在應用層或者更高層。他們提出去采取認知無線電技術以實現(xiàn)開放頻譜系統(tǒng)，就是讓合法的授權用戶具備優(yōu)先權，那些具備認知功能的非授權用戶則可以在不影響授權用戶的前提下機會式接入。所以他們指出認知無線電不一定非需要軟件定義無線電來支撐，他們根據基于遺傳算法的生物啟示認知模型來對傳統(tǒng)無線電的系統(tǒng)物理層和介質接入控制層（MAC）去進行建模，發(fā)現(xiàn)它更適用可在快速部署的災后應急通信系統(tǒng)。他的觀點表示，認知無線電是個智能的無線通信系統(tǒng)，不但可以感知四周的環(huán)境，而且能夠利用智能技術在周圍環(huán)境里學習，再通過及時的改變系統(tǒng)操作參數(shù)（