（信号与信息处理专业论文）基于认知无线电的协作感知技术研究.pdf

r e s e a r c h o f c o o p e r a t i v es e n s i n gt e c h n o l o g y ba s e do nc o g n i t i v er a d i o ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt oy a n g z h o uu n i v e r s i t yf o rm a s t e r s d e g r e e c a n d i d a t e ：p e n g s h i s u p e r v i s o r ：w a n p e ic h e n m a j o r ：s i g n a l & i n f o r m a t i o np r o c e s s i n g s c h o o lo fi n f o r m a t i o ne n g i n e e r i n g y a n g z h o uu n i v e r si t y y a n g z h o u ，j i a n g s u ，r r c h i n a m a y 2 012 施鹏基于认知无线电的协作感知技术研究 摘要 随着认知无线电技术的发展，频谱动态接入已日益走向现实，给解决频谱紧张问题提 供了新的研究方向。认知无线电的基本思想是认知用户通过频谱感知检测到周围无线通信 环境中未被主用户使用的授权频段( 即频谱空穴) ，通过动态接入的方式使用该频段进行 通信，达到在有限的频谱资源条件下提高频谱利用率的目的。认知无线电目前的主要研究 方向包括频谱感知、频谱分析、频谱决策、频谱共享、频谱移动性管理、路由设计、传输 层协议和网络安全问题等。在认知无线电的技术系统中，频谱感知作为使用非授权频段的 先决条件近来受到广泛关注。频谱感知主要有两个目的，一是认知用户感知到周围环境中 的频谱空穴，对其进行有效利用；另一个是当授权用户( 即主用户) 需要使用被占用的频 段时，认知用户准确检测到，及时让出该频段避免对主用户的通信产生干扰。 本文着眼于协作检测，这种能够解决单个认知用户进行频谱感知时易受多径效应和隐 终端效应影响的频谱感知方法，以能量检测为基础，对衰落信道下基于不同数据融合方法 的协作感知网络的检测性能进行了分析。主要研究工作如下： l 、提出了一种基于平方律合并这种软融合技术的双门限能量检测方案，在衰落信道 下研究协作频谱感知性能。推导了a w g n 、r a y l e i g h 和n a k a g a m i 三种衰落信道下检测概 率公式，并定义了误检概率来量化系统检测误差的大小。双门限能量检测能够有效降低噪 声不确定性对系统的影响，能使误检概率得到明显改善，但同时也会降低检测概率。针对 这一问题，使用平方律合并技术在融合中心对协作网络中各认知用户的能量检测信息进行 合并。仿真结果表明，基于平方律合并技术的双门限能量检测方案与传统能量检测方法相 比误检概率显著减小，并且经平方律分集合并后有效改善了双门限能量检测算法检测概率 较低的问题。 2 、研究了衰落信道下基于硬融合技术的协作频谱感知性能，结合双门限能量检测理 论，在分析了三种衰落信道下a n d 规则和o r 规则融合的协作能量感知检测概率和归一 化平均感知比特数的基础上，提出一种基于簇理论的协作感知方法，规定每簇中认知用户 与簇首间的信道为n a k a g a m i 信道，且簇首和融合中心通过a n d 准则融合本地检测信息。 仿真比较了衰落信道下a n d 规则与o r 规则的协作感知方法归一化感知比特数，以及a n d 规则和基于簇理论的协作感知方法检测概率和归一化感知比特数的大小。通过分析得出， 基于簇理论的协作感知算法以消耗较多的比特开销为代价，能够获得更高的检测性能。 3 、对硬融合技术下的最佳决策问题进行了分析。在a n d 规则和o r 规则融合协作感 知的基础上，使用折中两种融合方法的更优规则k o u t o f - n 规则对协作感知网络中认知用 户的本地能量检测信息进行融合，从单f - j 限能量检测的检测性能推导出使误差函数最小时 的最佳表决数，并进一步推导出双门限能量检测的最佳表决数公式。最后通过仿真验证了 基于最佳表决数的k o u t o f - n 融合规则算法能明显减小系统的误差函数。 综上所述本文结合双门限能量检测技术，以提高系统的检测性能为目标，从不同的技 i i 扬少r , i 大学硕士学位论文 术指标入手研究了基于软融合和硬融合技术的协作感知性能。论文的研究为设计更加有效 的频谱感知方案提供了新的思路，有助于认知无线电协作感知技术的进一步发展。 关键词：认知无线电；协作感知；能量检测；双门限；衰落信道；数据融合；检测概率； 平方律合并；归一化平均感知比特数；最佳表决数 旋鹏基于认知无线电的协作感知技术研究 1 1 1 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o g n i t i v er a d i o ，d y n a m i cs p e c t r u ma c c e s s i n gh a sb e e nc o m i n gi n t o r e a l i t yi n c r e a s i n g l yw h i c hp r o v i d e sn e wr e s e a r c hd i r e c t i o no fs o l v i n gt h ep r o b l e m so fs h o r r t a g eo f s p e c t r u m t h e r ea r em a n yp r i m a r yu s e r s a u t h o r i z e ds p e c t r aw h i c hi su n u s e di ns u r r o u n d i n g w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ne n v i r o n m e n t t h eb a s i ct h o u g h to fc o g n i t i v er a d i oi st h a ta f t e rd e t e c t i n g t h e s es p e c t r u mh o l e sb ys p e c t r u ms e n s i n g ，c o g n i t i v eu s e r sa c c e s st h e md y n a m i c a l l yt om a k e t h e i ro w nc o m m u n i c a t i o n ，c o g n i t i v er a d i ot e c h n o l o g yc a ni m p r o v es p e c t r u me f f i c i e n c y a t p r e s e n t ，t h em a i nr e s e a r c hd i r e c t i o n so fc o g n i t i v er a d i oi n c l u d es p e c t r u ms e n s i n g ，s p e c t r u m a n a l y s i s ，s p e c t r u md e c i s i o n ，s p e c t r u ms h a r i n g ，s p e c t r u mm o b i l i t ym a n a g e m e n t ，r o u t ed e s i g n i n g ， t r a n s p o r tl a y e rp r o t o c o l ，n e t w o r ks e c u r i t yp r o b l e ma n ds oo n ，f r o mt h e m ，s p e c t r u ms e n s i n gi s c o n c e m e dw i d e l ya sp r e c o n d i t i o no fm a k i n gu s eo fu n a u t h o r i z e ds p e c t r u m t h e r ea r et w o p u r p o s e so fs p e c t r u ms e n s i n g t h eo n ei st h a tc o g n i t i v eu s e r sd e t e c to fs p e c t r u mh o l e st ou t i l i z e t h e me f f e c t i v e l y t h ea n t h e ri sw h e np r i m a r yu s e r sa r eb a c kt ot h e i ra u t h o r i z e ds p e c t r a ，c o g n i t i v e u s e r sn e e dt od e t e c ti tp r e c i s e l ya n dh a n do v e rt h e s es p e c t r at op r i m a r yu s e r si nt i m e t h i st h e s i sp a y sa t t e n t i o no nc o o p e r a t i v es p e c t r u ms e n s i n gt e c h n o l o g y 。s i n g l ec o g n i t i v e u s e r ss p e c t r t m as e n s i n gi sa f f e c t e db ym u l t i - p a t he f f e c ta n dh i d d e nt e r m i n a le f f e c te a s i l y c o o p e r a t i v es p e c t r u ms e n s i n gc a n s o l v et h e s ep r o b l e m s t h i sp a p e rd i s c u s s e sc o o p e r a t i v ee n e r g y d e t e c t i o nw i t hd i f f e r e n td a t af u s i o nm e t h o d su n d e rf a d i n gc h a n n e l s t h em a i nw o r k sa r ea s f o l l o w s 1 as c h e m eo fd o u b l e - t h r e s h o l dc o o p e r a t i v ee n e r g yd e t e c t i o nw i t hs q u a r e l a wc o m b i n i n g w a sp r o p o s e d t h ee x p r e s s i o n so fd e t e c t i o np r o b a b i l i t yo v e ra w g n ，r a y l e i g ha n dn a k a g a m i c h a n n e l sw e r ed e r i v e d a n de r r o rd e t e c t i o np r o b a b i l i t yw a sd e f i n e dt oq u a n t i z es y s t e m se r r o r d e t e c t i o n d o u b l e - t h r e s h o l d e n e r g y d e t e c t i o na l g o r i t h mc a l ls e t t l et h ep r o b l e mo fn o i s e u n c e r t a i n t yt od e c r e a s ee r r o rd e t e c t i o np r o b a b i l i t y b u ti nt h eo t h e rh a n d ，i ta l s or e d u c e st h e d e t e c t i o np r o b a b i l i t y s q u a r e l a wc o m b i n i n gt e c h n o l o g yw a sp r e s e n t e db e c a u s ei tc a ns o l v et h e p r o b l e mo fl o wd e t e c t i o np r o b a b i l i t yc a u s e db y d o u b l e t h r e s h o l de n e r g yd e t e c t i o ns c h e m e s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a te r r o rd e t e c t i o n p r o b a b i l i t y c a l lb er e d u c e d b yu s i n g d o u b l e t h r e s h o l de n e r g yd e t e c t i o na l g o r i t h m ，a n di tb e c o m e sl o w e ra f t e rs q u a r e l a w c o m b i n i n g 。 f u r t h e rm o r e ，s q u a r e l a wc o m b i n i n gt e c h n o l o g yc a ng r e a t l yd e c r e a s eh i g hm i s sp r o b a b i l i t y c a u s e db yd o u b l e - t h r e s h o l de n e r g yd e t e c t i o na l g o r i t h m 2 c o o p e r a t i v ee n e r g y d e t e c t i o nw i t h h a r df u s i o nt e c h n o l o g yw a sd i s c u s s e d t h e e x p r e s s i o n so fd e t e c t i o np r o b a b i l i t ya n dt h en o r m a l i z e da v e r a g en u m b e ro fs e n s i n gb i t s a r e d e r i v e di na n d r u l ea n do r r u l ec o o p e r a t i v ee n e r g yd e t e c t i o nm e t h o dw i t hd o u b l e - t h r e s h o l d a s c h e m eo fc l u s t e r - b a s e dc o o p e r a t i v es p e c t r u ms e n s i n gw a sp r o p o s e d i nt h i ss c h e m ew i t h i ne a c h c l u s t e rt h ec h a n n e l sb e t w e e nc o g n i t i v eu s e r sa n dc l u s t e rh e a da r en a k a g a m ic h a n n e l sa n df u s i o n m e t h o do fc l u s t e rh e a da n df u s i o nc e n t r ei su n d e ra n d - r u l e t h en o r m a l i z e da v e r a g en u m b e ro f s e n s i n gb i t su n d e ra n d r u l e ，o r - r u l ea n dc l u s t e r b a s e dm e t h o dw e r ec o m p a r e dt h r o u g hm a t l a b s i m u l a t i o n s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tc l u s t e r b a s e dc o o p e r a t i v es p e c t r u ms e n s i n ga lg o r i t h m h a sp r e f e r a b l es e n s i n gp e r f o r m a n c eb ye x p e n d i n gm o r es e n s i n gb i t s i v 扬州大学硕士学位论文 3 am e t h o do fc o o p e r a t i v ee n e r g yd e t e c t i o nw i t hk o u t o f - nr u l ed a t af u s i o nw h i c hi s b e a e rt h a na n d r u l ea n d0 r r u l ew a sp r e s e n t e d t h ee x p r e s s i o n so fo p t i m a lv o t i n gn u m b e ro f s i n g l e - t h r e s h o l da n dd o u b l e - - t h r e s h o l dc o o p e r a t i v ee n e r g yd e t e c t i o nw e r ed e r i v e da sm i n i m i z i n g e r r o rf u n c t i o n 。t h es i m u l a t i o nr e s u l t s p r o v et h a tt h ee r r o rf u n c t i o no fk o u t o f - nr u l e c o o p e r a t i v ee n e r g yd e t e c t i o ni sg r e a t l yd e c r e a s e du n d e ro p t i m a lv o t i n gn u m b e r t os u mu p ，t h i st h e s i sa n a l y z e dc o o p e r a t i v es e n s i n gs c h e m e so fs o f ta n dh a r df u s i o nr u l e si n o r d e rt oi n c r e a s es y s t e m sd e t e c t i o np e r f o f i n a n c e a r t i c l e sr e s e a r c hp r o v i d e sn e wt h i n k i n go f d e v i s i n gm o r ee f f e c t i v ep r o j e c to fs p e c t r u ms e n s i n g a n di t c o n t r i b u t e st o d e v e l o p m e n to f c o o p e r a t i v es e n s i n gt e c h n o l o g yo fc o g n i t i v er a d i o k e y w o r d s ：c o g n i t i v er a d i o ；c o o p e r a t i v es e n s i n g ；e n e r g yd e t e c t i o n ； c h a n n e l ；d a t af u s i o n ；d e t e c t i o np r o b a b i l i t y ；s q u a r e l a wc o m b i n i n g ； n u m b e ro f s e n s i n gb i t s ；o p t i m a lv o t i n gn u m b e r d o u b l e t h r e s h o l d ；f a d i n g t h en o r m a l i z e d a v e r a g e 施鹏基于认知无线电的协作感知技术研究 v 日三罩 目冰 摘要i h b s t r a c t i ii 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 。2 认知无线电概述2 1 2 1 认知无线电的定义2 1 2 2 认知无线电网络3 1 2 3 国内外研究现状3 1 3 认知无线电关键技术5 1 4 论文主要研究内容6 1 5 本章小结7 g ：- 章频谱感知技术8 2 1 频谱感知方法概述8 2 1 。1 基于发射信号的检测9 2 1 2 基于接收信号的检测“ 2 1 3 协作检测1 2 2 1 3 1 协作检测方法1 2 2 1 3 2 数据融合1 3 2 2 能量检测1 4 2 2 1 信道模型1 5 2 2 2 衰落信道下的能量检测1 5 2 2 2 1a w g n 信道1 5 2 2 ，2 。2r a y le i g h 信道17 2 2 2 3n a k a g a m i 信道17 2 2 3 检测性能仿真分析1 8 2 3 本章小结2 1 第三章平方律合并协作感知算法分析2 2 3 1 衰落信道下的双门限能量检测2 2 3 2 平方律合并分集接收技术。2 5 3 3 平方律合并的双门限能量检测算法2 6 3 3 1a w g n 信道2 6 3 。3 2r a y l e i g h 信道2 6 3 3 3n a k a g a m i 信道2 7 v i 扬州大学硕士学位论文 3 3 4 误检概率，2 7 3 4 仿真结果分析2 8 3 ，5 本章小结、，3 2 第四章基于簇融合的协作感知算法分析3 3 4 1 系统模型，、，。3 3 4 ，2 性能分析，3 4 4 3 衰落信道下基于a n d 规则融合的协作能量检测，3 4 4 3 1a w g n 信道下a n d 融合，3 5 4 3 2r a y l e i g h 信道下a n d 融合，3 6 4 3 3l k a k a g a m i 信道下h i n d 融合，3 6 4 4 衰落信道下基于o r 规则融合的协作能量检测，3 7 4 ，5n a k a g a m i 信道下基于簇融合的协作能量检测，3 舍 4 6 仿真结果分析3 9 4 7 本章小结，、。，、，。，。43 第五章协作能量检测中的最佳表决数问题研究一4 4 5 1 基于k - o u t - o f n 规则融合的协作能量检测，、4 4 5 1 1 基于单门限能量检测，4 4 5 1 1 基于双门限能量检测，4 5 5 2 最佳表决数，4 5 5 3 仿真结果分析，4 6 5 4 本章小结，4 舍 第六章总结与展望4 9 6 。l 金丈总结，4 9 6 2 展望4 9 参考文献，、，。，。、5 l 致谢，5 6 攻读硕士期间完成的学术论文目录，5 7 攻读学位期间参加的项目，。多岔 扬州大学学位论文原创性声明和版权使用授权书，一5 9 施鹏基于认知无线电的协作感知技术研究 1 1 研究背景 第一章绪论 近年来，无线通信技术发展迅速，各种新技术、新业务层出不穷，如w i f i 、w i m a x ( w o r l d w i d ei n t e r o p e r a b i l i t yf o rm i c r o w a v ea c c e s s ) 、u w b ( u l t r a w i d eb a n d ) 、卫星通行等。 这些通信系统对频谱的需求日益增长，目前世界各国均采用基于静态频带的传统分配策 略，固定频段仅供给特定的无线通信系统独立使用，虽然这种静态的无线频谱管理方式简 单而有效地避免了不同无线通信系统间的相互干扰，然而这也使得新的技术、系统和业务 已少有或没有频谱可分配，频谱资源日趋缺乏。由图1 1 美国的频谱分配现状我们可以看 出，各授权频段呈条状密布在整个3 k 3 0 0 g h z 的无线频谱上。很多国家已差不多将可用频 谱资源分配完毕，我国也不例外。 图1 一】美国现有频谱分配情况 然而大量研究统计数据表明，这些已经被分配频谱的使用效率并不高。2 0 0 2 年l1 月， 美国联邦通信委员会( f c c ，f e d e r a lc o m m u n i c a t i o n sc o m m i s s i o n ) 发布了频谱策略工作报 告s p e c t r u mp o l i c yt a s kf o r c e 。报告中的数据表明己经分配频谱的利用率根据时间和空间 的变化在1 5 到8 5 之间波动。美国3 0 h z 3 0 0 m h z 频段频谱的平均利用率只有5 2 ， 其中纽约地区使用率最高，也仅为1 3 1 ，分配给无线电天文学的频段使用率最低，利用 率仅有1 【2 1 。现有的频谱分配模式下某一频段仅授权给特定的无线业务使用，不管其使 用效率的大小，这种方式造成了频谱极大的浪费【3 硼。为此，提高频谱利用率，便成为人们 日益关注的问题。 扬州1 大学硕士学位论文 目前，一些提高频谱效率的先进通信理论与技术不断发展，如自适应编码【“1 、多天线 技术【7 引、多载波技术【9 1 1 1 等，但由于香农信道理论的限制，这些技术都不能从根本上解决 频谱资源紧缺的问题。认知无线电技术提出了频谱共享的思想，理论上允许在时间、空间、 频段上进行频谱的复用，从而大大缓解了频谱资源的供需矛盾。 1 2 认知无线电概述 频谱共享技术的提出打破了现有的频谱资源用户专有制，大大降低了频谱的限制对无 线通信技术发展的束缚。随着频谱共享技术的发展，一些新的理论相继提出，如动态频谱 分配、频谱机会接入、频谱池、允许可开放接入等。这些理论不断丰富和完善了认知无线 电( c r ) 技术。 1 2 1 认知无线电的定义 认知无线电技术是基于j m i t o l a 博士于1 9 9 9 年发表的一篇学术论文 1 2 】中的描述发展 至今。随着对认知无线电的研究和应用技术的不断发展，从不同角度对认知无线电有着不 同的定义，这些观点各自偏重不同的角度，比较有代表性的有以下几种。 作为认知无线电理论的最初创立者，在2 0 0 0 年的博士论文中j m i t o l a 对认知无线电 进行了较为理想化的定义【i3 j ：认知无线电以软件无线电( s d r ) 为实现平台，是软件无线 电的智能化，通过无线电知识表示语言，基于模式推理方式与网络进行智能交流。在论文 中j m i t o l a 提出认知循环的概念，由检测、分析、调整、推理和学习等一系列能力组成认 知学习的步骤。认为认知无线电系统能够通过学习，不断感知无线环境的变化，并通过自 适应地调整自身内部的通信机理来适应无线环境的变化。这一定义以软件无线电智能代理 为出发点，强调认知无线电的学习和推理能力。然而基于当前的技术还很难实现定义中的 人工智能水平，学者们开始寻找更为实际的认知无线电技术。 f c c 在2 0 0 3 年1 2 月发布的报告1 1 4 j 中对认知无线电进行如下定义：认知无线电是无线 终端利用与周围无线电磁环境进行交互所获取的无线背景知识，调整传输参数，实现无线 传输的能力。以上定义认为，认知无线电技术的最终目的是认知用户以一种动态方式进行 接入从而使用频谱。要求认知无线电设备具有自适应环境进行感知探测的能力，并能够动 态调整传输频点和相关传输参数，可见认知无线电与普通软件无线电最大的不同在于智能 型。这一定义从无线网络的工业实际出发，充分利用频谱，允许未授权用户在不对授权用 户产生有害干扰的情况下使用授权频段。这种定义被业界广泛接受，可称为认知无线电的 狭义定义。 另外，一些学者还从别的角度给出认知无线电的定义。如s h a y k i n 教授在2 0 0 5 年的 一篇论文【1 5 】中这样定义：作为一个智能无线通信系统，认知无线电系统能够自动感知外界 无线通信环境，通过对环境的理解进行主动学习，做到对内部无线电参数实时调整以适应 外部通信环境的变化。整个过程使认知用户智能的使用空闲频谱资源进行通信，并保证不 对授权用户造成干扰。s h a y k i n 教授从通信的角度定义认知无线电，认为认知无线电首先 施鹏基于认知无线电的协作感知技术研究 能够保证通信质量的高可靠性，同时开辟了在不影响其他授权用户的前提下有效地利用大 量空闲频谱资源的应用前景。 1 2 2 认知无线电网络 认知无线电网络( c r n ) 随着认知无线电技术的发展应运而生，认知无线电网络包括 应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层，认知无线网络功能的实现需要层与层之 间的跨层设计。学术界和工业界的研究者们针对不同的应用需求，提出了一些认知无线电 网络构架体系，具有代表性的有：频谱池( s p e c t r u mp o o l i n g ) 1 16 1 7 】、c o r v u s ( ac o g n i t i v e r a d i oa p p r o a c hf o ru s a g eo fv i r t u a lu n l i c e n s e ds p e c t r u m ) 18 1 、o c r a ( o f d m b a s e dc o g n i t i v e r a d i o ) 1 9 】、u w a n ( u n l i c e n s e dw i d ea r e an e t w o r k s ) 【2 0 】、n a u t i l u s 项目f 2 1 】、x g ( n e x t g e n e r a t i o n ) 2 2 j 、e 2 r ( e n dt oe n dr e c o n f i g u r a b i l i t y ) 【2 3 j 以及基于i e e e8 0 2 2 2 标准的w r a n ( w i r e l e s sr e g i o n a la r e an e t w o r k ) 【2 4 】等。 1 2 3 国内外研究现状 随着认知无线电的提出和发展，基于认知无线电的机会频谱接入技术被誉为是解决未 来无线通信频谱短缺，实现动态频谱接入的重要途径。 频谱管理机构积极支持认知无线电的发展，f c c 于2 0 0 2 年2 月指出非授权设备应该 具备能够识别未占用频谱的能力；2 0 0 3 年1 1 月从扩展卫星和移动终端使用频段的非授权 操作角度出发，提出于扰温度检测模型；同年1 2 月成立了认知无线电工作组，并明确表 示了支持认知无线电技术的发展；2 0 0 4 年5 月建议非授权无线电可在电视广播频段内操作； 2 0 0 8 年批准了未授权设备使用白空间。美国的电视信号于2 0 0 9 年2 月全面实现数字化， 电视广播业停播已进行半个世纪之久的电视频道，这一举措推动了认知无线电的迅猛发 展。 在频谱政策管理机构的带动下，一些标准化组织先后制定了一系列标准推动了认知无 线电技术向实际应用迈进。i e e e 在2 0 0 4 年1 0 月正式成立了第个世界范围的基于认知无 线电技术的空中接口标准化组织i e e e8 0 2 2 2 工作组，i e e e8 0 2 2 2 1 2 4 j 也称为无线区域 网络( w r a n ，w i r e l e s sr e g i o n a la r e an e t w o r k ) ，目的在于利用认知无线电技术，将分配 给电视广播的5 4 m 8 6 2 m h z 的v h f u h f 频段以点到多点的模式用作宽度接入。i e e e 8 0 2 2 2 工作组于2 0 0 5 年9 月完成了对w r a n 的功能需求性调查，并确定了信道模型；2 0 0 6 年通过审议合并各通信公司提交的提案，最终形成了合并提案为编写标准提供了基础； 2 0 1 1 年7 月2 7 日公布了无线区域网络i e e e8 0 2 2 2 标准，规定每个w r a n 设备可提供每 通道2 2 m b p s 的资料传输速率，占用频段之问的白频段，与电视等已有的主要用户共存， 互不干扰。另外，i e e e 于1 9 9 9 年成立了8 0 2 1 6 工作组，专门制定h 版本标准，致力于改 进如策略、m a c 增强等机制以确保基于无线城域网( w i m a x ) 的非授权用户系统之间以 及与授权用户系统之间能够共存。2 0 0 5 年1 月确定了i e e e8 0 2 1 6 h 2 5 j 标准的具体涉及内容， 其主要思想是在i e e e8 0 2 16 制定的q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 要求下，让多个系统共用资 4 扬州大学硕士学位论文 源。以研究认知无线电系统与下一代无线通信技术积高级频谱管理技术的电磁兼容问题为 目标，i e e e 于2 0 0 5 年3 月成立了i e e e1 9 0 0 标准委员会，致力于制定动态频谱接入以及 认知无线电标准。该工作组推动了认知无线电发展过程中与其他无线通信系统的协调与共 存问题的研究。i e e e1 9 0 0 t 2 6 j 标准的家族成员包括i e e e1 9 0 0 1 、i e e e1 9 0 0 2 、i e e e1 9 0 0 3 和i e e e1 9 0 0 4 这4 个工作组。此外，一些新的标准也在陆续出台，如i e e e8 0 2 1 l h e 2 7 j 、i e e e 8 0 2 1 l y 2 s l 等。2 0 0 7 年3 月i e e e1 9 0 0 标准委员会改组为标准协调委员会s c c 4 1 ( s t a n d a r d s c o o r d i n a t i n gc o m m i t t e e4 1 ) ，并于同年4 月在爱尔兰都柏林举行了第一次会议，以由于频 谱拥挤闷题所导致韵无线通信所面临的r 益增长的压力为主题。2 0 0 9 年2 月2 7 日，第一 个i e e es c c 4 1 标准正式出台，提出了异构无线网络间网络管理的理论构架和技术规范。 国际电信联盟( i t u ) 也在努力寻找类似认知无线电的频谱共享技术。2 0 0 7 年u 月的 世界无线电大会( w r c 0 7 ) 通过了决议【2 9 】，决定制定软件无线电和认知无线电技术的相 关规划标准，目前该项工作由i t u rw p1 b 负责。 认知无线电技术自提出至今，作为在目前有限的频谱资源条件下革命性的提高频谱利 用率的新兴技术，在国内外受到了学术界和产业界的共同关注，很多研究机构对认知无线 电展开了广泛的研究。 瑞典皇家工学院( r o y a li n s t i t u t eo ft e c h n o l o g y , k t h ) 的m i t o l a 博士于19 9 9 年最早 提出认知无线电概念，这里的无线系统研究中心可被誉为认知无线电的发源地，目前该中 心的研究主要集中在动态频谱接入和软件无线电方面。另外，美国国防高级研究计划局 ( d e f e n s ea d v a n c e dr e s e a r c hp r o j e c t sa g e n c y ，d a r p a ) 资助设立了下一代通信计划x g ( n e x tg e n e r a t i o n ) 项目，着眼于动态频谱接入( d y n a m i cs p e c t r u ma c c e s s ，d s a ) 和认知 无线电网络的系统结构和关键技术研究，以实现基于认知无线电技术的动态频谱的应 用。美国加州大学b e r k e l e y 分校( u n i v e r s i t yo f c a l i f o r n i aa tb e r k e l e y ) 也走在世界认知 无线电研究的前列，他的无线研究中心( b e r k e l e yw i r e l e s sr e s e a r c hc e n t e r , b w r c ) 以 研究物理层的设计和实现为目标，在与德国柏林技术大学( t e c h n i c a lu n i v e r s i t yo f b e r l i n ) 联合承办c o r v u s 项目中，合作开发了认知无线电测试床b e e z ( b e r k e l e ye m u l a t i o n e n g i n e2 ) 。 近年来学术界对于频谱共享无线通信技术的关注也日益提升，如开设了d y s p a n ， c r o w n c o m 等专门研讨认知无线电方向的学术会议，另外i c c ，g l o b e c o m ，w c n c ， m i l c o m ，p i m r c 等一系列顶级国际会议都设立了认知无线电的专题。i e e ej s a c ， i e e es i g n a lp r o c e s s i n g ，i e e es i g n a lp r o c e s s i n gm a g a z i n e ，p r o c e e d i n g so ft h ei e e e 等 页 级杂志也出版了认知无线电方向的专刊。 相比于国外，中国在认知无线电方面的研发起步较晚，但在国家的重视和支持下， 也渐入佳境。国家8 6 3 高技术计划最先于2 0 0 5 年以认知无线电关键技术为课题支持国 内学者、机构对认知无线电技术的研究。国家自然科学基金委也于2 0 0 6 年开始了以频 谱感知、抗干扰和动态频谱管理为重点的认知无线电研究项目。另外，国家9 7 3 计划 重点关注认知无线异构网络的融合问题。同时一些针对认知无线电实际应用化的研究 施鹏基于认知无线电的协作感知技术研究 5 也日益兴起，如频谱共享无线通信系统应用研究、认知无线电频率搜索样机平台等。 1 3 认知无线电关键技术 如图1 2 所示，认知无线电网络包括应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。 认知无线电技术的基本思想是：通过频谱感知技术感知到周围无线通信网络中的频谱空 穴，通过机会方式进行接入，这涉及认知无线电物理层和数据链路层的技术。近年来对于 各层之间的关系以及更高层：网络层、传输层和应用层的研究也日渐深入，包括物理层传 输技术、无线资源管理、路由技术、传输层协议、跨层设计及优化技术及网络安全技术等。 下面简单介绍认知无线电