041020414陳偉光寒假學(xué)習(xí)報(bào)告材料

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案南京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)寒假學(xué)習(xí)報(bào)告題 目：無線認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的頻譜感知技術(shù)研究學(xué) 院：電子信息工程學(xué)院專 業(yè)：信息工程班級(jí)：0410204學(xué)號(hào)：041020414姓 名：陳偉光指導(dǎo)教師：陳瞄明填表日期： 2021 年2 月15 日精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案一、研究背景：1 .無線通信的開展背景：作為21世紀(jì)的標(biāo)志,信息產(chǎn)業(yè)正在以令人驚嘆的速度蓬勃開展.在上世紀(jì)90年代,有線網(wǎng)絡(luò)的普及,使得普通家庭也可以享受到網(wǎng)上沖浪的樂趣.但是有線網(wǎng)絡(luò)卻有著諸多限制,于是人們將目光轉(zhuǎn)移到了無線網(wǎng)絡(luò).因此,在人們對(duì)無線通信的迫切需求下,無線通信技術(shù)在20世紀(jì)末 到21世紀(jì)初的幾年中迅猛開展,從模擬通信開展到

2、數(shù)字通信,從窄帶開展到寬帶,甚至超寬帶,從過去單純的語音業(yè)務(wù)發(fā)到現(xiàn)在的云端效勞等大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),而且這種需求還在逐步的擴(kuò)大, 新業(yè)務(wù)也會(huì)伴隨著新的需求而出現(xiàn), 它們將把許多以前只能在電影中看到的場景搬到現(xiàn)實(shí)中來,提供給用戶前所未有的體驗(yàn).2 .認(rèn)知無線電的提出背景：隨著無線通信業(yè)務(wù)的不斷升級(jí),作為一種不可再生資源的無線頻譜資源就顯得日益稀缺.目前,頻譜資源還處于依靠政府的固定分配方式分配給使用者,這種方式是的頻譜利用率很低,已分配的大量頻譜資源被大量浪費(fèi),根據(jù)SSC (Shared Spectrum Company )進(jìn)行的NFS頻譜占用檢測工程中對(duì)各個(gè)頻帶占用情況的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,3GHz頻段以下已分

3、配的頻譜資源占用率普遍很低,占用率最高的TV頻段也只有25%大局部的頻帶占用率缺乏10隊(duì)由此可見,3GHz頻段以下已分配頻譜資源在大局部時(shí)間內(nèi)處于閑置狀態(tài),造成了頻譜資源的嚴(yán)重浪費(fèi)hfeasured Spectrum Occupancy Averaged over Six LocationsPUL Amalm. t)hefs MHz TV2現(xiàn)8優(yōu)也 Pagfl. SMS. Food. BXAik andFMS 928-906 HHi IFF, TACA此 GPS. 口收挎箕0也4.MHz Amst9X 120-1300 tthfeAsd Radar L推iary 1300-1400 F.tht

4、Space SateMe Fwc Mobte letemttry iMC-田5 MHz 融以暗 GPSh Metejoogcial. 1521710Foorf. Fwd Mobile 1710-1E50 MHzPCSPAsyn Iso 1興41網(wǎng)打虎TJAur 1990-2110Com Carters Pnv&rfi, M0$ 2110200 H地Space Oper 自ton, Faed 22CX) 2300 MHt *flmatwi.WCS. MAS 3300 2360 MHjTetemefr/ 2382雙打比U-PCS. ISM232500 ITFS, MMDS 25002686 Mbt

5、SuwAarct Radar 2666-2900 HHr如何在現(xiàn)有的FCO譜分配機(jī)制下,改變當(dāng)前頻譜資源浪費(fèi)嚴(yán)重的狀況成為研究的熱點(diǎn),各種機(jī)構(gòu)也投入了大量的資金進(jìn)行相關(guān)的研究.在這種情況下,認(rèn)知無線電(Cognitive Radio , CR)運(yùn)而生.二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及開展趨勢認(rèn)知無線電/認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)起源于Joseph Mitola攻讀博士期間的研究工作,在其博士論文中,Mitola 將認(rèn)知無線電定義為 the integration of model-based reasoning with software精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案radio technologies ,認(rèn)為認(rèn)知無線電是智能計(jì)

6、算和無線通信這兩個(gè)學(xué)科交叉融合的產(chǎn)物.隨 后,美國的FCC和DARP協(xié)別啟動(dòng)了多項(xiàng)方案, 對(duì)認(rèn)知無線電和動(dòng)態(tài)頻譜接入問題進(jìn)行深入研究； 歐盟的端到端重配置方案 E2R: End to End Reconfigurability Project也啟動(dòng)了對(duì)認(rèn)知概念在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域等各方面問題的研究.Simon Hakin在2005年發(fā)表了關(guān)于認(rèn)知無線電的著名文章 “Cognitive radio: brain-empowered wireless communications,主要從信號(hào)處理和自適應(yīng)過程的角度對(duì)認(rèn)知無線電技術(shù)的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較為完善的分析.此后,許多有名的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)也展開了相關(guān)

7、技術(shù)的研究和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開發(fā),認(rèn)知無線電的概念也被擴(kuò)展為認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò),指利用認(rèn)知原理來提升各種資源頻譜、功率等使用效率的無線網(wǎng)絡(luò).在頻譜治理部門 的帶動(dòng)下,一些標(biāo)準(zhǔn)化組織也先后開展了一系列標(biāo)準(zhǔn)制定工作以推動(dòng)該技術(shù)的開展.目前涉及認(rèn)知無線電/認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)制訂的組織和行業(yè)聯(lián)盟主要是美國電氣電子工程師學(xué)會(huì)IEEE、國際電信聯(lián)盟ITU和軟件無線電論壇 SDR Forum等.認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中,主授權(quán)用戶指那些對(duì)某段頻譜的使用具有高優(yōu)先級(jí)或合法授權(quán)的用戶, 次級(jí)用戶是指那些低優(yōu)先級(jí)的用戶.次級(jí)用戶對(duì)頻譜的使用不得對(duì)主用戶造成干擾,因此要求其能快速、可靠地感知主用戶使用授權(quán)頻譜的情況.次級(jí)用戶必須具備認(rèn)知水

8、平,因而稱其為認(rèn)知用戶,在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中那么表示為認(rèn)知節(jié)點(diǎn).認(rèn)知用戶的頻譜感知主要包括在某個(gè)頻段上檢測主用戶存在與否主用戶信號(hào)檢測和估計(jì)認(rèn)知用戶對(duì)主用戶接收機(jī)可能造成的附加干擾干擾溫度估計(jì)兩個(gè)任務(wù).更進(jìn)一步的可能要求是頻譜感知還應(yīng)區(qū)分主用戶信號(hào)的種類空中接口分類. 目前大局部頻譜感知的研究都集中在最重要的主用戶信號(hào)檢測上.1 .頻譜感知的根本方法主用戶信號(hào)檢測的單節(jié)點(diǎn)頻譜感知根本方法通常分為三類：第一類為相干檢測.如果知道主用戶信號(hào)的結(jié)構(gòu)特征如導(dǎo)頻、前導(dǎo)或同步消息等, 匹配濾波器加門限檢測的方法是最優(yōu)的主用戶信號(hào)檢測方法.相干檢測可獲得精確的頻譜 感知結(jié)果,但其缺點(diǎn)也很明顯,必須知道主用戶信號(hào)的先

9、驗(yàn)知識(shí),而且當(dāng)認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn) 行在很寬的頻段上時(shí),實(shí)現(xiàn)許多類型的授權(quán)信號(hào)的相干檢測本錢太高,幾乎不可實(shí)現(xiàn).第二類為能量檢測.在感興趣頻段上測量某段觀測時(shí)間內(nèi)接收信號(hào)的總能量,如果能 量低于某個(gè)設(shè)定門限那么聲明該頻段為白空間.與相干檢測相比,能量檢測需要更長的感知 時(shí)間以到達(dá)同樣的感知效果,但低本錢、易實(shí)現(xiàn)的特性使其受到認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中頻譜感知 技術(shù)的青睞.以上基于信號(hào)檢測技術(shù)的兩種頻譜感知方法,有很好的理論根底,性能分析已比擬完 善.第三類為特征檢測.能量檢測的最大缺點(diǎn)是它不能區(qū)分接收到的能量是來自主用戶信 號(hào)還是噪聲,在低信噪比環(huán)境中的頻譜感知結(jié)果尤其不可靠.在主用戶信號(hào)的載波頻率、 調(diào)制類型

10、或循環(huán)前綴等某些特征時(shí),利用信號(hào)的期望和自相關(guān)函數(shù)呈現(xiàn)出來的周期性 循環(huán)平穩(wěn)譜相關(guān)特性,可將信號(hào)能量與噪聲能量區(qū)分開來,突破能量檢測的瓶頸.文 獻(xiàn)還分析實(shí)際情況下有限的數(shù)據(jù)長度對(duì)循環(huán)譜特征檢測的影響.實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度遠(yuǎn)高于能量檢 測是制約特征檢測在頻譜感知中應(yīng)用的最主要缺點(diǎn).此外,2003年底FCC頻譜政策工作組提出了干擾溫度模型,意在對(duì)無線環(huán)境中的干擾 源進(jìn)行量化和治理.干擾溫度限提供了特定地理位置在某一感興趣頻段上接收機(jī)能夠順利 工作的最差環(huán)境的特征描述.根據(jù)干擾溫度模型,認(rèn)知用戶假設(shè)能確定其對(duì)主用戶接收機(jī)造 成的附加干擾量并加以限制,使主用戶接收機(jī)所受的總干擾含噪聲不超過干擾溫度限, 那么認(rèn)知

11、用戶可與主用戶運(yùn)行在同一頻段上.可以看出,基于主用戶信號(hào)檢測的頻譜感知意 在避開主用戶,而基于干擾溫度模型的頻譜感知那么試圖與主用戶同時(shí)并存于同一個(gè)頻段, 這是兩者最大的區(qū)別.文獻(xiàn)定義了和未知主用戶信號(hào)參數(shù)時(shí)干擾溫度的理想模型和一 般模型,并從通信容量的角度分析了如何來最優(yōu)地選擇認(rèn)知系統(tǒng)的工作帶寬和發(fā)送功率.精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案但干擾溫度模型存在兩個(gè)需要解決的難題：其一為在主用戶發(fā)送信號(hào)存在的情況下如何測 定其接收機(jī)的噪聲水平,其二為在主用戶接收機(jī)位置未知的情況下如何估計(jì)認(rèn)知用戶對(duì)它 可能產(chǎn)生的干擾.降低問題難度的一種可能方法是讓主用戶系統(tǒng)來輔助認(rèn)知系統(tǒng)的頻譜感 知,如文獻(xiàn)中要求主用戶接收機(jī)在

12、工作過程中持續(xù)發(fā)送指示信號(hào).另一個(gè)需要考慮到的是, 認(rèn)知用戶和主用戶共存于同一個(gè)頻段時(shí),認(rèn)知系統(tǒng)的通信過程中也會(huì)受到授權(quán)系統(tǒng)的干擾, 所以認(rèn)知系統(tǒng)能獲得的通信容量可能非常有限.2 .協(xié)同頻譜感知認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)可通過對(duì)多節(jié)點(diǎn)感知信息的協(xié)同處理來提升頻譜感知的效果,這被稱為 協(xié)同(協(xié)作、合作)頻譜感知.頻譜感知性能主要由感知范圍、檢測時(shí)間、檢測概率、虛 警概率等幾個(gè)相互關(guān)聯(lián)的指標(biāo)來衡量,協(xié)同頻譜感知可利用空間分集增益改善上述指標(biāo), 解決單節(jié)點(diǎn)感知中難以克服的多徑深衰落、陰影衰落和隱終端等難題4,同時(shí)也可減輕對(duì)單個(gè)節(jié)點(diǎn)感知靈敏度的要求,降低實(shí)現(xiàn)本錢.現(xiàn)協(xié)同頻譜感知的方式有兩種,即中央式和分布式.中央式感知：中央單元收集各認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的感知信息,負(fù)責(zé)識(shí)別可用頻譜,并將頻譜可用信息播送給各認(rèn)知節(jié)點(diǎn)或直接限制認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的通信參數(shù).分布式感知：認(rèn)知節(jié)點(diǎn)彼此之間共享感知信息,但獨(dú)立判斷各自的可用頻譜.與中央式感知相比,分布式感知的優(yōu)點(diǎn)是不需要根底結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò),部署更靈活些.無論中央式還是分布式感知,就協(xié)同頻譜感知的研究內(nèi)容而言,主要包含以下兩個(gè)方面：1) 認(rèn)知節(jié)點(diǎn)感知信息的合并處理,即考慮信息融合問題；2) 感知信息傳遞過程的合作,即考慮中繼傳輸問題.三、寒假學(xué)習(xí)體會(huì)寒假的一個(gè)月以來,根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書的指導(dǎo),我通過南航網(wǎng)上圖書館和互聯(lián)網(wǎng)查閱相關(guān)資料,并了解