浅谈认知无线电的关键技术.doc

浅谈认知无线电的关键技术本文由mohudeyun贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 科技信息 计算机与网络 浅谈认知无线电的关键技术 长江上海通信管理局 李艳春 摘 要 认知无线电是在软件无线电的基础上发展起来的一种新的智能化无线通信技术， 它着力于解决频谱资源的有效利用问题。 论文从软件无线电的概念出发， 引出了认知无线电的概念模型， 着重阐述了认知无线电的关键技术， 并对其发展前景及其存在的基 本问题进行了讨论。本文指出， 频谱检测是认知无线电中的一项重要任务， 对认知无线电的设计和实现至关重要。 关键词 软件无线电 认知无线电 频谱检测 引言 随着信息化社会的不断发展， 人类社会已离不开通信， 尤其是无线 移动通信。各种新的通信手段、 通信体制的出现为人们的生活、 工作带 新协议的不断发布， 无线系统制造 来了极大的便利。随着各种新标准、 商和通信服务提供商不得不做出响应， 通过系统升级， 以保持其技术的 先进性， 不断为用户提供高质量的通信服务。但是， 如此反复的重新设 计和硬件的不断更新换代， 不仅成本高， 浪费资源， 而且给最终用户也 （ ， ） 就是在这样的 带来诸多不便。软件无线电 背景下诞生的， 是能经得起时间考验的无线通信系统。 无线通信中的另一个重要问题是频谱资源的有效利用。目前频谱 资源管理国际上采用的通用做法是实行授权和非授权频率管理体制， 在某些授 对于授权频段， 非授权者不得随意使用。由此带来的问题是， 权频段， 频谱利用率很低， 而在某些非授权频段， 信号又非常的拥挤， 导 致频谱资源利用极不均衡的现状。 为解决频谱资源的有效利用问题， 有 人又提出了基于软件无线电的认知无线电（ ， ）概念。 技术的核心则是通过动态频谱感知来探测 “频谱空洞”合理占用临时 ， 动态地改变自身信号功率、 发射频 可用频段， 并根据感知信息自适应、 率、 调制方式等传输参数以规避正在通信的主用户 （授权用户 。 ） 它要求 用户通过感知周围无线环境、改变自身传输参数以保证不对现存的主 认知无线电不仅具有通信功能， 而且还 用户产生任何干扰。由此可见， 需具备频谱检测能力，具有多功能特征，必须借助于软件无线电来实 现。认知无线电已成为目前无线通信领域的一大研究热点。 软件无线电的概念 在 年 月美国电信系统会议上， 首次提出了软 件无线电的概念， 指的是可编程或可重构电台， 换句话说就是用同一个 硬件可以在不同时刻实现不同的功能。 随着技术发展和研究深入， 对软件无线电提出了更深入、 更具体的 （ 对软件无线电进行了重新定义， ） 即 要求。软件无线电论坛 软件无线电是指能够实现充分可编程通信， 对信息进行有效控制， 覆盖 多个频段， 支持大量波形和应用软件的通信设备。 其含义是系统功能由 软件定义， 其物理层行为也能由于软件的改变而改变。 简单而言， 软件无线电是指采用固定不变的硬件平台， 通过软件重 构升级来实现灵活多变的通信体制和通信功能的无线电系统。软件无 标准化、 模块化以及对信号波形的广泛 线电硬件平台的特点是通用化、 适应性；软件无线电的核心是其驻留在 和 或 和 或 内部的功能软件， 这些软件是可升级、 可重构的， 以适应不同的技术标 准、 接口协议和信号波形。 近几年， 软件无线电在微电子技术的带动下， 取得了前所未有的快速发展。 智能化软件无线电 认知无线电 认知无线电概念最早是由瑞典 博士于 年 月提 出的， 是对软件无线电功能的进一步扩展。 认知无线电可以感知周围电 磁环境， 通过无线电知识描述语 与通信网络进行智能交流， 并实 时调整传输参数 （通信频率、 发射功率、 调制方式、 编码体制等 ， ） 使通信 系统的无线电参数不仅与规则相适应， 而且能与环境相匹配， 以达到无 论何时何地都能达到通信系统的高可靠性和频谱利用的高效性。也就 是说， 关注的是采用软件方式实现无线电系统信号的处理；而 强调的是无线系统能够感知操作环境的变化，并据此调整系统工作参 不仅包括信 数， 实现最佳适配。从这个意义上讲， 是更高层的概念， 号处理， 还包括根据相应的任务、 政策、 规则和目标进行推理和规划的 高层活动。所以， 认知无线电是智能化的软件无线电。 认知无线电概念模型 通过射频外部环境的交互作用，认知无线电一个基本的认知周期 要经历 个基本过程， 分别是无线传输场景分析、 信道状态估计及其容 量预测、 功率控制和频谱管理， 他们的顺序执行使认知无线电的认知功 能得以实现。 其中无线传输场景分析、 信道状态估计及其容量预测在接 收端实现， 功率控制和频谱管理在发射端实现。 认知无线电的认知周期 如图 所示。 无线信道环境 发射 信号 空闲 信道 发射功率控制 频谱资源管理 检测 无线环境分析 干扰温度 信道容量 信道 状态估计 预测建模 接收机 发射机 图 认知无线电的基本构成形式和组成部分 认知无线电关键技术 认知无线电的关键技术主要包括频谱检测技术、自适应频谱资源 分配技术和认知无线电下的频谱管理。 频谱检测技术 认知无线电技术能够感知并分析特定区域的频段，找出适合通信 的 “频谱空洞” 。如果将待查的频段分为 种不同的情况： 黑空： 存在高 功率的干扰； 灰空： 存在低功率的干扰； 白空： 仅存在环境噪声量， 包括 热噪声、 瞬时反射、 脉冲噪声等。那么频谱检测的任务就是查找适合认 知无线电业务的白空， 同时对工作频段在黑空 （或灰空） 和白空之间的 转变进行监测。以下就频谱检测方法进行介绍： （ 能量检测 ） 能量检测是一种非相关检测， 易于实现， 不需要知道授权用户的先 验知识，只需测量频域或时域上一段观测空间内接收信号的总能量来 缺点 判决是否有授权用户出现， 是目前应用最广的一种频谱检测方式。 就是噪声的不确定性使得检测门限的设置比较困难，以及无法区分出 授权用户信号、 干扰和噪声。 （ 匹配滤波器法 ） 采用匹配滤波器作相关检测，结构简单，且能够使接受信噪比最 大， 但是需要授权用户信号为确知信号， 因为不同类型的授权用户采用 不同的调制方式， 这就限制了这种检测方式的应用， 但是也可以用在授 权用户信号中有一部分是已知波形的情况下， 例如前导码， 导频码， 训 练序列等等都可用于匹配滤波器检测。 （ 循环平稳特征检测 ） 调制信号一般都具有某种程度上的周期性，其统计特性诸如均值 和自相关都呈现出周期性， 而噪声不具备这个特性， 所以我们可以利用 调制信号的循环平稳特性来进行来检测出噪声背景下的授权用户。 谱相关检测法的优点是基于信号特征离散地分布在循环谱的循环 频率中， 而背景噪声和干扰在非零循环频率处不会呈现谱相关特性， 因 而能够区别调制信号和噪声以及干扰；谱相关的局限在于算法要进行 两次傅里叶变换对信号进行处理，它所能提供的只能是对傅立叶频谱 的补充， 此外它的计算量很大， 检测时间长。 （ 本地振荡器的能量泄漏检测 ） 利用超外差接收机接收信号时，往往需要将信号从高频转换到中 频， 在这个过程中就要使用本地振荡器， 它的作用就是将射频信号的射 频带宽降低到一定的中频带宽。 在这个转换频率的过程中， 一些本地振 荡器的能量会通过天线泄露， 我们将微小、 低功耗的传感器节点放置在 主用户的接收机附近， 这些节点可以检测到本地振荡器的能量泄露， 从 而决定接收机正在使用的信道情况，传感节点以低功耗通过控制信道 反馈 。这种方法是基于主用户主动检测的前提。 （下转第 页 ） （ 协同检测 ） 科技信息 音 体 美 浅谈体育教学中对学生兴趣的培养 濮阳市体育运动学校 周荣芬 摘 要 在体育教学中，教学效果与学生的愉快心情、 饱满精神、 良好的情绪有直接关系。 培养学生学习兴趣与提高体育教学质量有 着重要意义。 关键词 培养 兴趣 体育教学 一、 培养学生的体育兴趣具有重要意义 兴趣是推动学生求知欲的强大内在动力，兴趣是学生积极认识事物 或从事活动的心理倾向， 这种倾向与注意和情感紧密联系着， 学生克服 心理障碍，提高学习兴趣以致对感兴趣的事物总是优先地注意并具有 是发自内心乐于学习的愿望， 兴 向往的心情。兴趣是积极主动的表现， 趣教学有其深厚的理论基础，早期教育家就提出了寓教于乐的教育思 想， 现代体育又提出了快乐体育教育思想。 无论寓教于乐还是快乐体育 教育思想以及兴趣教学， 它们大体是一致的， 两者都体现了教育思想的 继承性。 培养学生兴趣是提高自觉性学习的重要条件， 体育课的教学效 精神情绪有直接关系。 果与学生学习的心情、 二、 兴趣的培养 、 兴趣是从事体育运动的内在因素之一 体育教师在教学中应了解学生的运动兴趣的特征，并掌握培养这 由于兴趣是学习活动的动力之一， 所以应考虑和照顾学 种兴趣的方法。 生的学习兴趣， 以便激发学生参加体育活动的积极性， 但是反对一切从 兴趣出发或迁就学生的兴趣，对那些借口没有兴趣而不参加体育活动 的学生， 要注意正面引导。用多样、 生动、 丰富的激励性评价， 能使学生 如沐春雨， 使整个课堂充满勃勃生机， 从而激发他们的学习兴趣。在教 学中， 笔者常根据学生的心理需求， 关怀、 表扬孩子， 通过树立榜样， 为 每个学生创造成功的机会， 帮助学生树立自信， 保持学习兴趣。使学习 目的与学习动机、 兴趣紧密联系， 动机是否正确， 直接影响学习的积极 体育教师要经常进行学习目的教学， 要揭示体育在社会上所 性。因此， 处的地位及意义，使学生把自己的学习与投入国家建设实现共产主义 事业联系起来。使学生充分认识到身体好与学习好，工作好的辩证关 系， 把体育课学习和基础文化课联系在一起。 、 兴趣主要在实践活动中培养出来的 教师应根据学生的生理特点，正确合理地组织体育教学和体育活 动， 使学生对体育活动有直接兴趣，又有间接兴趣。在学期开始时， 向学 宣传课的任务， 要求及考核项目和标准。在讲授教材 生介绍课的意义、 时内容安排上要遵照循序渐进的原则，由易到难地让学生经过努力可 以看到和达到预想的效果，并产生愉快的情感体验。使学生知其所以 然， 这样一来才能激发学生的兴趣， 提高学习自觉性和积极性。 、 严密而生动的课堂组织可激发学生的学习兴趣 课堂的组织形式灵活多样， 只有精 教学有法， 教无定法， 贵在得法。 心编排， 认真组织才能为教学内容服务。在体育教学中， 低年级的游戏 上述均针对单个 用户进行检测，然而在移 （上接第 页 ） 动通信环境下， 由于无线环境存在路径损耗、 阴影效应和多径效应， 仅 靠单个用户检测频谱， 不能保证其正确性。因此， 必须结合多个用户的 频谱检测结果， 通过协作检测来提高频谱检测的正确性。 （ 干扰温度检测 ） 年 提出了干扰温度是的概念， 确定和控制无线电环境中 的干扰源， 是一个衡量干扰源所占用的带宽和功率的度量标准。 用公式 表示就是 其中， 为波尔兹曼常数， 等于 ； 为相应带宽； 为平 均干扰功率（由内部噪声源和外部射频能量累加产生）。 干扰温度限提供 了特定频段和特定地理位置射频环境的最恶劣情形的描述。在干扰温 测得通信系统接收处 度限内，接收机能满意地工作。给定任一个频带， 干扰温度不超过一定界限， 等待服务的用户就能使用它， 干扰温度限将 作为该频带的无线电频率功率的上限。 自适应频谱资源分配技术 为了解决频谱资源的日益紧张和目前固定分配频谱利用率较低的 矛盾， 就要求找到更有效的方法来充分感知和利用无线频谱资源。 基本 途径有两条： 其一， 提高频谱利用率， 将已授权用户的频谱资源充分利 用， 减少浪费； 其二， 提高系统通信效率， 将已获得的频率资源和其他资 源综合优化分配， 进而提高利用率。 由于正交频分复用 （ 系统是目前公认的比较容易实现频谱 ） 资源控制的传输方式，该调制方式可以通过频率的组合或裁剪实现频 谱资源的充分利用， 可以灵活控制和分配频谱、 时间、 功率、 空间等资 教材， 中高年级的健美操、 武术、 球类等教材学生都非常感兴趣， 教学中 如： 容易收到较好效果。但是有些教材重复比较多几乎每年都有， 中长 跑、 技巧、 短跑等等， 这些教材是体育练习的提高过程， 或者动作虽然教 如果采 过学生学会了， 还要经常用这些动作锻炼身体。在教学过程中， 用单一地重复教学， 学生就会产生逆反心理， 肯定不会有很好的效果。 要使学生对此感兴趣，教师在授课时要引导学生培养对运动项目的广 阔兴趣， 克服片面发展， 防止兴趣主义。随着年级升高或对某些专项兴 趣的出现， 再逐渐引导学生培养一定项目的中心兴趣， 从而调动学生学 习的积极主动性。 在认识形式上采用严密而生动的课堂组织， 既能提高 在中长 长跑技术， 发展耐力， 又能结合实际对学生进行思想教育。 如： 跑教学中， 如果每节课都要用直线跑， 纠正动作等方法， 学生就会兴趣 平谈， 产生厌学情绪， 但如果采用不同形式的接力跑、 赶超跑、 追逐跑、 分组对抗等， 不但能增强学生兴趣， 又能培养学生的集体荣誉感， 使学 再如： 体育 生情绪高涨， 整个教学过程充满生动活跃， 团结紧张的气氛。 课 跳短绳 对靶投准 整节课以神话故事 ， 西游记 中的孙悟空等主 要人物打妖怪为线索， 用生动形象的内容来提高学生的学习兴趣， 并让 学生思考怎样才能战胜妖怪 （学生说要学好本领 。引导学生参加热身 ） 跑， 配乐体操， 这是一个既简单又枯燥的内容， 经过加工改造， 教材变得 情趣化了， 组织形式灵活多样， 教学方法生动活泼， 学生在欢乐中玩着， 最后也学会了， 而且情绪十分高涨。我深刻体会到： 游戏不但可以让课 堂活跃， 还有效地提高了学生的学习兴趣。 在教学时不同的教材有着不 积 同的组织方法， 可采用游戏， 比赛等方法， 使学生感兴趣。生动活泼， 极主动地学习， 以提高课的教学效果。 总之， 在体育教学过程中， 培养学生兴趣是增强自觉性学习的重要 条件， 对提高教学效果有重要意义。 兴趣教学经验还有待于改进活动方 式， 改革工具， 改革工作方法， 为此我们就不能墨守成规， 而要改革创 新， 丰富知识， 促使创造性活动能力的发展。 参考文献 赵乐如何培养学生的体育兴趣 考试周刊 ， 张桂云培养学生运动兴趣体育教学的探讨 宿州教育学院学 报 ， 杨勤浅谈体育教学中如何提高学生运动兴趣 培养学生体育 湖北体育科技， 兴趣促进健康 子载波功 源， 自适应频谱资源分配的关键技术主要有： 载波分配技术、 率控制技术