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第二章 认知无线电技术
认知无线电技术能够依靠人工智能的支持,感知无线通信环境,根据一定的
学习和决策算法,实时自适应的改变系统工作参数,动态的检测和有效的利用空
闲频谱。下面对认知无线电的关键技术作简要介绍。
2.1 频谱感知技术
实现认知无线电的第一步就是要感知到无线环境中存在的频谱空洞,只有找
到了这些频谱空洞才能谈如何有效的利用它们以提高频谱利用率。因此频谱感知
技术是实现认知无线电的一个重要基础,也是核心技术之一。
频谱感知的目的是发现在时域、频域、空域上的频谱空穴,以便供认知用户
以机会方式利用频谱。认知用户是指未经授权使用只有授权用户才能使用的频谱
的用户,主用户则是获得授权使用频谱的用户。为了不对主用户造成干扰,认知
用户在利用频谱空穴进行通信的过程中,需要能够快速感知主用户的再次出现,
及时进行频谱切换,腾出信道给主用户使用,或者继续使用原来频段,但需要通
过调整传输功率或者改变调制方式来避免对主用户的干扰。这就需要认知无线电
系统具有频谱检测功能,能够实时地连续侦听频谱,以提高检测的可靠性。频谱
感知主要是物理层的技术,是频谱管理、频谱共享和频谱移动性管理的基础。
就目前来看,人们在这方面取得了很大的进展,各种感知方法层出不穷。单
用户感知是最早提出的一类检测方法,它设计复杂度低,采用技术成熟,易于实
现。但其性能会随着无线环境中多径和阴影衰落引起的接收信号强度的减弱而降
低,另外,检测能力本身也有一定的限制。这样,就出现了合作式的频谱感知方
法,它通过综合多个认知用户的感知信息来提高频谱的感知能力,避免“隐蔽终
端”的问题,而且可以减少检测时间,从而提高网络的灵活性。最新研究还表明
采用物理层和 MAC 层联合感知的跨层设计方法可极大地提高频谱感知能力。这种
方法通过增强无线射频前端灵敏度,同时利用数字信号处理增益及用户间的合作
来提高感知能力,正越来越受到人们的关注。另外,美国联邦通信委员会提出了
一个新概念--干扰温度。基于这个概念又衍生出了基于干扰温度的感知方法。干
扰温度是认知用户在感知频带内已有通信的基础上预测自己的传输将对主用户
产生的干扰。只要认知用户造成的干扰温度不超过干扰温度限,感知用户通过调
整自己的参数(如发射功率、调制方式等)就可以使用这个频段中的空洞。
一般来说,认知无线电频谱检测技术可以分为基于发射机的检测、合作检测
和基于接收机的检测这几大类,如图 2-1 所示。当然,在实际的感知算法中,为