認(rèn)知無(wú)線電中及其頻譜感知技術(shù)研究實(shí)用教案

1、1 研究背景2 什么是認(rèn)知(rn zh)無(wú)線電3 認(rèn)知(rn zh)無(wú)線電中的關(guān)鍵技術(shù)4 頻譜感知技術(shù)5 結(jié)束語(yǔ)第1頁(yè)/共14頁(yè)第一頁(yè)，共14頁(yè)。 隨著無(wú)線通信需求的不斷增長(zhǎng),當(dāng)前固定的頻譜分配政策已不能滿足人們的需求,因此人們提出了認(rèn)知無(wú)線電技術(shù),可以從時(shí)間和空間上充分利用那些空閑的頻譜資源,從而有效解決了頻譜資源的不足,提高頻譜資源的利用率。 認(rèn)知無(wú)線電的基本出發(fā)點(diǎn)就是：在不影響授權(quán)頻段(pn dun)的正常通信的基礎(chǔ)上,具有認(rèn)知功能的無(wú)線通信設(shè)備可以按照某種機(jī)會(huì)方式接入授權(quán)的頻段(pn dun)內(nèi)，并動(dòng)態(tài)地利用頻譜。 研究(ynji)背景第2頁(yè)/共14頁(yè)第二頁(yè)，共14頁(yè)。什么(shn m

2、e)是認(rèn)知無(wú)線電？ 認(rèn)知無(wú)線電又被稱為智能無(wú)線電，它以靈活、智能、可重配置為顯著特征，通過感知外界環(huán)境(hunjng)，并使用人工智能技術(shù)從環(huán)境(hunjng)中學(xué)習(xí)，有目的地實(shí)時(shí)改變某些操作參數(shù)(比如傳輸功率、載波頻率和調(diào)制技術(shù)等)，使內(nèi)部狀態(tài)適應(yīng)接收到的無(wú)線信號(hào)的統(tǒng)計(jì)變化，從而實(shí)現(xiàn)任何時(shí)間、任何地點(diǎn)的高可靠通信以及對(duì)有限的無(wú)線頻譜資源進(jìn)行高效地利用。 認(rèn)知無(wú)線電的核心思想是通過頻譜感知和系統(tǒng)的智能學(xué)習(xí)能力，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜分配和頻譜共享。 第3頁(yè)/共14頁(yè)第三頁(yè)，共14頁(yè)。 頻譜感知技術(shù) 頻譜分析技術(shù) 自適應(yīng)頻譜資源分配(fnpi)技術(shù) 動(dòng)態(tài)信道分配(fnpi)技術(shù) 自適應(yīng)功率控制技術(shù)第4頁(yè)/

3、共14頁(yè)第四頁(yè)，共14頁(yè)。頻譜感知(gnzh)技術(shù) 頻譜感知技術(shù)是指認(rèn)知(rn zh)用戶通過各種信號(hào)檢測(cè)和處理手段來(lái)獲取無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的頻譜使用信息。 從無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的功能分層角度看，頻譜感知技術(shù)主要涉及物理層和鏈路層，其中物理層主要關(guān)注各種具體的本地檢測(cè)算法，而鏈路層主要關(guān)注用戶間的協(xié)作以及對(duì)感知機(jī)制的控制與優(yōu)化。 第5頁(yè)/共14頁(yè)第五頁(yè)，共14頁(yè)。 頻譜感知是認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)的基本功能,是實(shí)現(xiàn)頻譜管理頻譜共享的前提。CR中的頻譜感知包含兩個(gè)方面，帶內(nèi)檢測(cè)和帶外檢測(cè)。從用戶(yngh)工作時(shí)必須頻繁對(duì)當(dāng)前工作頻段和其他頻段進(jìn)行感知操作。對(duì)當(dāng)前工作頻段感知的目的是檢測(cè)是否出現(xiàn)主用戶(yngh)。當(dāng)出現(xiàn)

4、主用戶(yngh)時(shí)進(jìn)行快速的規(guī)避，放棄對(duì)當(dāng)前工作頻段的占用，避免對(duì)主用戶(yngh)形成干擾。對(duì)其他頻段感知的目的是對(duì)周圍其他頻段的頻譜使用狀況進(jìn)行測(cè)量。一方面在當(dāng)前工作頻段不可用時(shí)，可以及時(shí)切換到其他可用的工作頻段，另一方面，可以利用新的可用頻譜資源擴(kuò)展工作頻段，從而提高傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)的容量。第6頁(yè)/共14頁(yè)第六頁(yè)，共14頁(yè)。頻譜感知的方式一般包括：發(fā)射源檢測(cè)(jin c)，合作檢測(cè)(jin c)和干擾檢測(cè)(jin c)等。如下(rxi)圖所示：第7頁(yè)/共14頁(yè)第七頁(yè)，共14頁(yè)。1 匹配濾波器檢測(cè) 所謂匹配濾波器是指輸出信噪比最大的最佳(zu ji)線性濾波器。優(yōu)點(diǎn)：接收信噪比最大化，由于

5、相關(guān)運(yùn)算耗時(shí)較少且可達(dá)到較高的處理增益，因此只要信噪比達(dá)到一定的門限即可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。缺點(diǎn)：需要主用戶在物理和MAC層的先驗(yàn)知識(shí)，解調(diào)信號(hào)需要同步相干檢測(cè)，計(jì)算較復(fù)雜，因?yàn)閷?duì)于每個(gè)特定的主用戶需要一個(gè)專用的接收機(jī)。匹配濾波法只能應(yīng)用于對(duì)授權(quán)用戶信息比較了解的頻譜環(huán)境當(dāng)中，當(dāng)不能預(yù)先知曉主信號(hào)的信息時(shí)無(wú)法采用該檢測(cè)方法。第8頁(yè)/共14頁(yè)第八頁(yè)，共14頁(yè)。2 能量檢測(cè) 能量檢測(cè)法是一種比較簡(jiǎn)單的信號(hào)檢測(cè)方法，屬于信號(hào)的非相干檢測(cè)，直接對(duì)時(shí)域信號(hào)采樣值求模，然后平方即可得到；或利用FFT轉(zhuǎn)換到頻域，然后對(duì)頻域信號(hào)求模平方也可得到。它無(wú)需知道檢測(cè)信號(hào)的任何先驗(yàn)知識(shí)，對(duì)信號(hào)類型也不作限制。優(yōu)點(diǎn)：非相干檢測(cè)，

6、簡(jiǎn)單易用，提高了SNR，是目前最主要的檢測(cè)主用戶的手段。不需要知道信號(hào)的先驗(yàn)信息，在實(shí)現(xiàn)上也非常簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：性能容易受到噪聲功率不確定性的影響；無(wú)法區(qū)分調(diào)制信號(hào),干擾信號(hào)和噪聲信號(hào)，即使門限值可以自適應(yīng)設(shè)定，對(duì)于(duy)帶內(nèi)干擾，它仍會(huì)產(chǎn)生誤判，而且無(wú)法利用干擾對(duì)消；在低信噪比的情況下，信號(hào)淹沒在噪聲中，用能量檢測(cè)法的局限性很大；不能用于擴(kuò)頻信號(hào)(包括直接序列擴(kuò)頻和調(diào)頻信號(hào))的檢測(cè)。第9頁(yè)/共14頁(yè)第九頁(yè)，共14頁(yè)。3 周期平穩(wěn)(pngwn)過程特征檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)：信號(hào)冗余的突出特征使得信號(hào)有了選擇的余地?？乖肼曅阅芎?，不受噪聲功率不確定性因素的影響。循環(huán)平穩(wěn)(pngwn)檢測(cè)比能量檢測(cè)有更好的魯

7、棒性。缺點(diǎn)：計(jì)算量大，需要很長(zhǎng)的觀察時(shí)間。第10頁(yè)/共14頁(yè)第十頁(yè)，共14頁(yè)。檢測(cè)檢測(cè)算法算法適用范圍適用范圍優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)匹配濾波算法認(rèn)知用戶知道主用戶的信息檢測(cè)時(shí)間短 需要先驗(yàn)信息，需要精準(zhǔn)同步能量檢測(cè)認(rèn)知用戶不知道主用戶的信息實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，不需要先驗(yàn)信息對(duì)噪聲不確定性敏感，檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，不能區(qū)分信號(hào)類型周期特性檢測(cè)主用戶信號(hào)具有周期平穩(wěn)特性 可以區(qū)分噪聲和信號(hào)類型，以及干擾，檢測(cè)靈敏度高計(jì)算復(fù)雜度高第11頁(yè)/共14頁(yè)第十一頁(yè)，共14頁(yè)。結(jié)束語(yǔ) 認(rèn)知無(wú)線電的核心思想就是(jish)使無(wú)線通信設(shè)備具有發(fā)現(xiàn)“頻譜空洞”并合理利用所發(fā)現(xiàn)的“空洞”的能力。值得指出的是認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)不但引起了學(xué)術(shù)界的相當(dāng)關(guān)注，工業(yè)界對(duì)如何將其應(yīng)用于實(shí)際通信系統(tǒng)也產(chǎn)生了濃厚的興趣。但是要真正實(shí)現(xiàn)認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)還需解決