041020414陈伟光寒假学习报告材料

1、实用标准文案南京航空航天大学毕业设计寒假学习报告题 目：无线认知网络中的频谱感知技术研究学 院：电子信息工程学院专 业：信息工程班级：0410204学号：041020414姓 名：陈伟光指导教师：陈瞄明填表日期： 2021 年2 月15 日精彩文档实用标准文案一、研究背景：1 .无线通信的开展背景：作为21世纪的标志,信息产业正在以令人惊叹的速度蓬勃开展.在上世纪90年代,有线网络的普及,使得普通家庭也可以享受到网上冲浪的乐趣.但是有线网络却有着诸多限制,于是人们将目光转移到了无线网络.因此,在人们对无线通信的迫切需求下,无线通信技术在20世纪末 到21世纪初的几年中迅猛开展,从模拟通信开展到

2、数字通信,从窄带开展到宽带,甚至超宽带,从过去单纯的语音业务发到现在的云端效劳等大数据业务,而且这种需求还在逐步的扩大, 新业务也会伴随着新的需求而出现, 它们将把许多以前只能在电影中看到的场景搬到现实中来,提供给用户前所未有的体验.2 .认知无线电的提出背景：随着无线通信业务的不断升级,作为一种不可再生资源的无线频谱资源就显得日益稀缺.目前,频谱资源还处于依靠政府的固定分配方式分配给使用者,这种方式是的频谱利用率很低,已分配的大量频谱资源被大量浪费,根据SSC (Shared Spectrum Company )进行的NFS频谱占用检测工程中对各个频带占用情况的统计结果,3GHz频段以下已分

3、配的频谱资源占用率普遍很低,占用率最高的TV频段也只有25%大局部的频带占用率缺乏10队由此可见,3GHz频段以下已分配频谱资源在大局部时间内处于闲置状态,造成了频谱资源的严重浪费hfeasured Spectrum Occupancy Averaged over Six LocationsPUL Amalm. t)hefs MHz TV2现8优也 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兴41网打虎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双打比U-PCS. ISM232500 ITFS, MMDS 25002686 Mbt

5、SuwAarct Radar 2666-2900 HHr如何在现有的FCO谱分配机制下,改变当前频谱资源浪费严重的状况成为研究的热点,各种机构也投入了大量的资金进行相关的研究.在这种情况下,认知无线电(Cognitive Radio , CR)运而生.二、国内外研究现状及开展趋势认知无线电/认知无线网络起源于Joseph Mitola攻读博士期间的研究工作,在其博士论文中,Mitola 将认知无线电定义为 the integration of model-based reasoning with software精彩文档实用标准文案radio technologies ,认为认知无线电是智能计

6、算和无线通信这两个学科交叉融合的产物.随 后,美国的FCC和DARP协别启动了多项方案, 对认知无线电和动态频谱接入问题进行深入研究； 欧盟的端到端重配置方案 E2R: End to End Reconfigurability Project也启动了对认知概念在技术和经济领域等各方面问题的研究.Simon Hakin在2005年发表了关于认知无线电的著名文章 “Cognitive radio: brain-empowered wireless communications,主要从信号处理和自适应过程的角度对认知无线电技术的框架结构进行了较为完善的分析.此后,许多有名的大学和研究机构也展开了相关

7、技术的研究和实验平台的开发,认知无线电的概念也被扩展为认知无线网络,指利用认知原理来提升各种资源频谱、功率等使用效率的无线网络.在频谱治理部门 的带动下,一些标准化组织也先后开展了一系列标准制定工作以推动该技术的开展.目前涉及认知无线电/认知无线网络标准制订的组织和行业联盟主要是美国电气电子工程师学会IEEE、国际电信联盟ITU和软件无线电论坛 SDR Forum等.认知无线网络中,主授权用户指那些对某段频谱的使用具有高优先级或合法授权的用户, 次级用户是指那些低优先级的用户.次级用户对频谱的使用不得对主用户造成干扰,因此要求其能快速、可靠地感知主用户使用授权频谱的情况.次级用户必须具备认知水

8、平,因而称其为认知用户,在网络结构中那么表示为认知节点.认知用户的频谱感知主要包括在某个频段上检测主用户存在与否主用户信号检测和估计认知用户对主用户接收机可能造成的附加干扰干扰温度估计两个任务.更进一步的可能要求是频谱感知还应区分主用户信号的种类空中接口分类. 目前大局部频谱感知的研究都集中在最重要的主用户信号检测上.1 .频谱感知的根本方法主用户信号检测的单节点频谱感知根本方法通常分为三类：第一类为相干检测.如果知道主用户信号的结构特征如导频、前导或同步消息等, 匹配滤波器加门限检测的方法是最优的主用户信号检测方法.相干检测可获得精确的频谱 感知结果,但其缺点也很明显,必须知道主用户信号的先

9、验知识,而且当认知无线网络运 行在很宽的频段上时,实现许多类型的授权信号的相干检测本钱太高,几乎不可实现.第二类为能量检测.在感兴趣频段上测量某段观测时间内接收信号的总能量,如果能 量低于某个设定门限那么声明该频段为白空间.与相干检测相比,能量检测需要更长的感知 时间以到达同样的感知效果,但低本钱、易实现的特性使其受到认知无线网络中频谱感知 技术的青睐.以上基于信号检测技术的两种频谱感知方法,有很好的理论根底,性能分析已比拟完 善.第三类为特征检测.能量检测的最大缺点是它不能区分接收到的能量是来自主用户信 号还是噪声,在低信噪比环境中的频谱感知结果尤其不可靠.在主用户信号的载波频率、 调制类型

10、或循环前缀等某些特征时,利用信号的期望和自相关函数呈现出来的周期性 循环平稳谱相关特性,可将信号能量与噪声能量区分开来,突破能量检测的瓶颈.文 献还分析实际情况下有限的数据长度对循环谱特征检测的影响.实现复杂度远高于能量检 测是制约特征检测在频谱感知中应用的最主要缺点.此外,2003年底FCC频谱政策工作组提出了干扰温度模型,意在对无线环境中的干扰 源进行量化和治理.干扰温度限提供了特定地理位置在某一感兴趣频段上接收机能够顺利 工作的最差环境的特征描述.根据干扰温度模型,认知用户假设能确定其对主用户接收机造 成的附加干扰量并加以限制,使主用户接收机所受的总干扰含噪声不超过干扰温度限, 那么认知

11、用户可与主用户运行在同一频段上.可以看出,基于主用户信号检测的频谱感知意 在避开主用户,而基于干扰温度模型的频谱感知那么试图与主用户同时并存于同一个频段, 这是两者最大的区别.文献定义了和未知主用户信号参数时干扰温度的理想模型和一 般模型,并从通信容量的角度分析了如何来最优地选择认知系统的工作带宽和发送功率.精彩文档实用标准文案但干扰温度模型存在两个需要解决的难题：其一为在主用户发送信号存在的情况下如何测 定其接收机的噪声水平,其二为在主用户接收机位置未知的情况下如何估计认知用户对它 可能产生的干扰.降低问题难度的一种可能方法是让主用户系统来辅助认知系统的频谱感 知,如文献中要求主用户接收机在

12、工作过程中持续发送指示信号.另一个需要考虑到的是, 认知用户和主用户共存于同一个频段时,认知系统的通信过程中也会受到授权系统的干扰, 所以认知系统能获得的通信容量可能非常有限.2 .协同频谱感知认知无线网络可通过对多节点感知信息的协同处理来提升频谱感知的效果,这被称为 协同(协作、合作)频谱感知.频谱感知性能主要由感知范围、检测时间、检测概率、虚 警概率等几个相互关联的指标来衡量,协同频谱感知可利用空间分集增益改善上述指标, 解决单节点感知中难以克服的多径深衰落、阴影衰落和隐终端等难题4,同时也可减轻对单个节点感知灵敏度的要求,降低实现本钱.现协同频谱感知的方式有两种,即中央式和分布式.中央式感知：中央单元收集各认知节点的感知信息,负责识别可用频谱,并将频谱可用信息播送给各认知节点或直接限制认知节点的通信参数.分布式感知：认知节点彼此之间共享感知信息,但独立判断各自的可用频谱.与中央式感知相比,分布式感知的优点是不需要根底结构网络,部署更灵活些.无论中央式还是分布式感知,就协同频谱感知的研究内容而言,主要包含以下两个方面：1) 认知节点感知信息的合并处理,即考虑信息融合问题；2) 感知信息传递过程的合作,即考虑中继传输问题.三、寒假学习体会寒假的一个月以来,根据毕业设计任务书的指导,我通过南航网上图书馆和互联网查阅相关资料,并了解