认知无线电中及其频谱感知技术研究.pptx

1 研究背景2 什么是认知无线电3 认知无线电中的关键技术4 频谱感知技术5 结束语第1页/共14页 随着无线通信需求的不断增长,当前固定的频谱分配政策已不能满足人们的需求,因此人们提出了认知无线电技术,可以从时间和空间上充分利用那些空闲的频谱资源,从而有效解决了频谱资源的不足,提高频谱资源的利用率。认知无线电的基本出发点就是：在不影响授权频段的正常通信的基础上,具有认知功能的无线通信设备可以按照某种机会方式接入授权的频段内，并动态地利用频谱。研究背景第2页/共14页什么是认知无线电？认知无线电又被称为智能无线电，它以灵活、智能、可重配置为显著特征，通过感知外界环境，并使用人工智能技术从环境中学习，有目的地实时改变某些操作参数(比如传输功率、载波频率和调制技术等)，使内部状态适应接收到的无线信号的统计变化，从而实现任何时间、任何地点的高可靠通信以及对有限的无线频谱资源进行高效地利用。认知无线电的核心思想是通过频谱感知和系统的智能学习能力，实现动态频谱分配和频谱共享。第3页/共14页认知无线电中的关键技术频谱感知技术频谱分析技术自适应频谱资源分配技术动态信道分配技术自适应功率控制技术第4页/共14页频谱感知技术频谱感知技术是指认知用户通过各种信号检测和处理手段来获取无线网络中的频谱使用信息。从无线网络的功能分层角度看，频谱感知技术主要涉及物理层和链路层，其中物理层主要关注各种具体的本地检测算法，而链路层主要关注用户间的协作以及对感知机制的控制与优化。第5页/共14页频谱感知是认知无线电系统的基本功能,是实现频谱管理频谱共享的前提。CR中的频谱感知包含两个方面，带内检测和带外检测。从用户工作时必须频繁对当前工作频段和其他频段进行感知操作。对当前工作频段感知的目的是检测是否出现主用户。当出现主用户时进行快速的规避，放弃对当前工作频段的占用，避免对主用户形成干扰。对其他频段感知的目的是对周围其他频段的频谱使用状况进行测量。一方面在当前工作频段不可用时，可以及时切换到其他可用的工作频段，另一方面，可以利用新的可用频谱资源扩展工作频段，从而提高传输速率和网络的容量。第6页/共14页频谱感知的方式一般包括：发射源检测，合作检测和干扰检测等。如下图所示：第7页/共14页发射源检测技术比较1 匹配滤波器检测 所谓匹配滤波器是指输出信噪比最大的最佳线性滤波器。优点：接收信噪比最大化，由于相关运算耗时较少且可达到较高的处理增益，因此只要信噪比达到一定的门限即可实现检测。缺点：需要主用户在物理和MAC层的先验知识，解调信号需要同步相干检测，计算较复杂，因为对于每个特定的主用户需要一个专用的接收机。匹配滤波法只能应用于对授权用户信息比较了解的频谱环境当中，当不能预先知晓主信号的信息时无法采用该检测方法。第8页/共14页2 能量检测 能量检测法是一种比较简单的信号检测方法，属于信号的非相干检测，直接对时域信号采样值求模，然后平方即可得到；或利用FFT转换到频域，然后对频域信号求模平方也可得到。它无需知道检测信号的任何先验知识，对信号类型也不作限制。优点：非相干检测，简单易用，提高了SNR，是目前最主要的检测主用户的手段。不需要知道信号的先验信息，在实现上也非常简单。缺点：性能容易受到噪声功率不确定性的影响；无法区分调制信号,干扰信号和噪声信号，即使门限值可以自适应设定，对于带内干扰，它仍会产生误判，而且无法利用干扰对消；在低信噪比的情况下，信号淹没在噪声中，用能量检测法的局限性很大；不能用于扩频信号(包括直接序列扩频和调频信号)的检测。第9页/共14页3 周期平稳过程特征检测优点：优点：信号冗余的突出特征使得信号有了选择的余地。抗噪声性能好，不受噪声功率不确定性因素的影响。循环平稳检测比能量检测有更好的鲁棒性。缺点：缺点：计算量大，需要很长的观察时间。第10页/共14页发射源检测技术比较检测检测算法算法适用范围适用范围优点优点缺点缺点匹配滤波算法认知用户知道主用户的信息检测时间短 需要先验信息，需要精准同步能量检测认知用户不知道主用户的信息实现简单，不需要先验信息对噪声不确定性敏感，检测时间较长，不能区分信号类型周期特性检测主用户信号具有周期平稳特性 可以区分噪声和信号类型，以及干扰，检测灵敏度高计算复杂度高第11页/共14页结束语认知无线电的核心思想就是使无线通信设备具有发现“频谱空洞”并合理利用所发现的“空洞”的能力。值得指出的是认知无线电技术不但引起了学术界的相当关注，工业界对如何将其应用于实际通信系统也产生了浓厚的兴趣。但是要真正实现认知无线电技术还需解决包括频谱检测技术、自适应频谱资源分配技术和无线频谱管理技术等关键技术问题。第12页/共14页谢 谢 第13页/共14页感谢您的观看！第14页/共14页