無線設備在工作時可能會出現(xiàn)周期性地掛起,干擾其他消費電子產(chǎn)品的工作(例如電臺),或者無法完全發(fā)揮應有的功能,這些問題都會使消費者對它的技術水平和相應的產(chǎn)品供應商喪失信心。為了避免這種糟糕的情況,選擇一種能夠滿足當今無線產(chǎn)品設計與調(diào)試需求的高性能頻譜分析儀是至關重要的,這種頻譜分析儀不僅要能夠檢驗產(chǎn)品的真實性能,也要能夠檢測高度集成的無線發(fā)射器的功能。

在過去幾年中,用戶所接觸的產(chǎn)品功能越來越強大,其目的在于在移動電話這種單一設備中集成多種方便實用的技術,從而增強用戶的多功能體驗。新的高速數(shù)據(jù)技術,例如HSDPA/HSUPA和A版本的1xEV-DO,能夠為用戶提供更強大的功能,例如廣播視頻和高速E-mail等。而且,諸如衛(wèi)星與地球視頻廣播、UWB和WLAN等技術也將集成到移動手持式設備之中。

這種多功能集成的趨勢為設計者提出了兩大嚴峻的挑戰(zhàn):處理快速變化的帶寬分配需求,以及對高度集成的系統(tǒng)中發(fā)生的問題進行隔離。今天,大多數(shù)標準只需要在固定操作狀態(tài)下進行無線發(fā)射器測試。但是,從本質(zhì)上來看,高速數(shù)據(jù)服務的用戶模型(例如高速上網(wǎng)、收發(fā)E-mail和周期性的下載等)所需的帶寬是隨需求而實時變化的。

如果信號的峰值功耗與平均功耗的比值變化較大,這種瞬時的帶寬變化將會帶來更大的挑戰(zhàn)。當其他的無線技術引起瞬時的電池消耗,或者當帶外發(fā)送的信號干擾了靈敏接收機的工作時,就會出現(xiàn)上述的問題。假設某個用戶希望通過移動電話通話,接通數(shù)據(jù)下載文件,利用UWB發(fā)送該文件到某個存儲設備,同時通過連續(xù)視頻服務觀看世界杯,那么設計者如何確保這些功能都能夠?qū)崿F(xiàn)?要想完整地測試多功能集成的設備,設計者必須超越技術標準的局限,針對設備的實際工作與性能要求進行測試。

設計者所面臨的另一個挑戰(zhàn)就是:隨著設備集成度的提高,檢測無線發(fā)射器的問題變得越來越困難。要想在頻域、時域和數(shù)字域中同時觀察某個信號路徑,可能需要多種測試儀器,因此要想把硬件和軟件的問題隔離開就變得越來越困難。在多種儀器之間以及在整個信號路徑上將信號事件之間的時間關系關聯(lián)起來,這種測試功能已經(jīng)成為調(diào)試現(xiàn)代無線設計所必不可少的一部分。

不論頻譜分析儀、示波器和邏輯分析儀的存儲容量有多少,它們存儲事件的能力都是有限的。因此當我們需要在多個儀器之間關聯(lián)某個信號事件的時候,必須在存儲器存滿之前,在該事件發(fā)生時實時地隔離出所關注的信號。否則,要想在多個域之間截取某個隨時間變化的問題幾乎是不可能的。

無線設備在工作時可能會出現(xiàn)周期性地掛起,干擾其他消費電子產(chǎn)品的工作(例如電臺),或者無法完全發(fā)揮應有的功能,這些問題都會使消費者對它的技術水平和相應的產(chǎn)品供應商喪失信心。為了避免這種糟糕的情況,選擇一種能夠滿足當今無線產(chǎn)品設計與調(diào)試需求的高性能頻譜分析儀是至關重要的,這種頻譜分析儀不僅要能夠檢驗產(chǎn)品的真實性能,也要能夠檢測高度集成的無線發(fā)射器的功能。

無線技術的挑戰(zhàn)

在過去幾年中,用戶所接觸的產(chǎn)品功能越來越強大,其目的在于在移動電話這種單一設備中集成多種方便實用的技術,從而增強用戶的多功能體驗。新的高速數(shù)據(jù)技術,例如HSDPA/HSUPA和A版本的1xEV-DO,能夠為用戶提供更強大的功能,例如廣播視頻和高速E-mail等。而且,諸如衛(wèi)星與地球視頻廣播、UWB和WLAN等技術也將集成到移動手持式設備之中。

這種多功能集成的趨勢為設計者提出了兩大嚴峻的挑戰(zhàn):處理快速變化的帶寬分配需求,以及對高度集成的系統(tǒng)中發(fā)生的問題進行隔離。今天,大多數(shù)標準只需要在固定操作狀態(tài)下進行無線發(fā)射器測試。但是,從本質(zhì)上來看,高速數(shù)據(jù)服務的用戶模型(例如高速上網(wǎng)、收發(fā)E-mail和周期性的下載等)所需的帶寬是隨需求而實時變化的。

如果信號的峰值功耗與平均功耗的比值變化較大,這種瞬時的帶寬變化將會帶來更大的挑戰(zhàn)。當其他的無線技術引起瞬時的電池消耗,或者當帶外發(fā)送的信號干擾了靈敏接收機的工作時,就會出現(xiàn)上述的問題。

假設某個用戶希望通過移動電話通話,接通數(shù)據(jù)下載文件,利用UWB發(fā)送該文件到某個存儲設備,同時通過連續(xù)視頻服務觀看世界杯,那么設計者如何確保這些功能都能夠?qū)崿F(xiàn)?要想完整地測試多功能集成的設備,設計者必須超越技術標準的局限,針對設備的實際工作與性能要求進行測試。

線設備在工作時可能會出現(xiàn)周期性地掛起,干擾其他消費電子產(chǎn)品的工作(例如電臺),或者無法完全發(fā)揮應有的功能,這些問題都會使消費者對它的技術水平和相應的產(chǎn)品供應商喪失信心。為了避免這種糟糕的情況,選擇一種能夠滿足當今無線產(chǎn)品設計與調(diào)試需求的高性能頻譜分析儀是至關重要的,這種頻譜分析儀不僅要能夠檢驗產(chǎn)品的真實性能,也要能夠檢測高度集成的無線發(fā)射器的功能。

無線技術的挑戰(zhàn)

在過去幾年中,用戶所接觸的產(chǎn)品功能越來越強大,其目的在于在移動電話這種單一設備中集成多種方便實用的技術,從而增強用戶的多功能體驗。新的高速數(shù)據(jù)技術,例如HSDPA/HSUPA和A版本的1xEV-DO,能夠為用戶提供更強大的功能,例如廣播視頻和高速E-mail等。而且,諸如衛(wèi)星與地球視頻廣播、UWB和WLAN等技術也將集成到移動手持式設備之中。

這種多功能集成的趨勢為設計者提出了兩大嚴峻的挑戰(zhàn):處理快速變化的帶寬分配需求,以及對高度集成的系統(tǒng)中發(fā)生的問題進行隔離。今天,大多數(shù)標準只需要在固定操作狀態(tài)下進行無線發(fā)射器測試。但是,從本質(zhì)上來看,高速數(shù)據(jù)服務的用戶模型(例如高速上網(wǎng)、收發(fā)E-mail和周期性的下載等)所需的帶寬是隨需求而實時變化的。

如果信號的峰值功耗與平均功耗的比值變化較大,這種瞬時的帶寬變化將會帶來更大的挑戰(zhàn)。當其他的無線技術引起瞬時的電池消耗,或者當帶外發(fā)送的信號干擾了靈敏接收機的工作時,就會出現(xiàn)上述的問題。

假設某個用戶希望通過移動電話通話,接通數(shù)據(jù)下載文件,利用UWB發(fā)送該文件到某個存儲設備,同時通過連續(xù)視頻服務觀看世界杯,那么設計者如何確保這些功能都能夠?qū)崿F(xiàn)?要想完整地測試多功能集成的設備,設計者必須超越技術標準的局限,針對設備的實際工作與性能要求進行測試。

一、感知無線電的概念

感知無線電技術用以實現(xiàn)動態(tài)頻譜共享。通過檢測空中信號占用頻譜,通過探知無線環(huán)境中空閑頻譜資源,選擇可被自己利用頻率進行通信。租借系統(tǒng)通過采用感知無線電技術,實時跟蹤授權系統(tǒng)占用頻率狀況,隨時使用、釋放頻段,在保障授權系統(tǒng)通信前提下,與授權系統(tǒng)動態(tài)共享頻譜。采用頻譜檢測方式獲取頻譜信息可使感知無線電技術能適應無線環(huán)境頻譜使用狀況短期變化,高效利用頻譜,并且感知無線電技術不要求改造現(xiàn)有系統(tǒng),對無線信道環(huán)境和用戶需求都將具有較好適應性。

感知無線電技術動態(tài)頻譜共享是自適應傳輸技術思想在頻譜分配領域的運用。自適應傳輸使無線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸適應信道傳輸能力的變化,通過提高數(shù)據(jù)傳輸速率來改善頻譜利用率。而感知無線電使無線通信系統(tǒng)占用的頻譜適應無線環(huán)境頻譜使用狀況的變化,通過增加共享同一頻段的系統(tǒng)數(shù)、用戶數(shù)來提高頻譜利用率。不管是自適應傳輸技術還是感知無線電技術,其思想的核心都是無線通信系統(tǒng)能自動地適應外界環(huán)境和自身需求的變化。

感知無線電思想可以推廣到移動通信其它層面。從低層到高層,要求未來移動通信系統(tǒng)能檢測系統(tǒng)各層參數(shù)與狀態(tài),如鏈路質(zhì)量、網(wǎng)絡拓撲、業(yè)務負載、甚至用戶需求,并能適應這些變化。從通信端到端,在存在重疊覆蓋多種無線電通信環(huán)境下,要求移動設備能夠在異構網(wǎng)絡間切換,實現(xiàn)包括終端、網(wǎng)絡和業(yè)務在內(nèi)的端到端重配置。這也就是所謂的認知網(wǎng)絡(CognitiveNetwork)。

二、感知無線電關鍵技術分析

作為一種新的智能無線通信技術,感知無線電可以感知到周圍的環(huán)境特征,采用構建方法進行學習,通過相關描述語言(RadioKnowledgeRepresentationLanguage,RKRL)與通信網(wǎng)絡智能交流,實時調(diào)整傳輸參數(shù),使系統(tǒng)的無線規(guī)則與輸入的無線電激勵的變化相適應,以達到隨時隨地通信系統(tǒng)的高可靠性和頻譜利用的高效性。無線規(guī)則指一系列適合無線頻譜合理使用的射頻帶寬、空中接口、相關協(xié)議和空間時間模式的設置。感知無線電系統(tǒng)的重構能力很重要,該功能就是以軟件無線電作為平臺來實現(xiàn)的。重構功能是由軟件無線電實現(xiàn),而感知無線電的其他任務是通過信號處理和機器學習的過程實現(xiàn),其感知過程開始于無線電激勵的被動感應,以做出反應行為而終止,一個基本的感知周期要大致分為3個基本過程,分別是無線傳輸場景分析、信道狀態(tài)估計及其容量預測、功率控制和頻譜管理,它們的順序執(zhí)行使感知無線電系統(tǒng)的感知功能得以實現(xiàn)。

關鍵詞：感知無線電；信道；傳輸場景

摘要：感知無線電技術是在軟件無線電技術基礎上發(fā)展起來的一種新的智能無線通信技術，是軟件無線電技術的擴展，它使軟件無線電從預先定義協(xié)議的盲目執(zhí)行者轉(zhuǎn)變成為無線電領域的智能。感知無線電雖具有獨特的優(yōu)點，但技術并不成熟，本文對感知無線電的無線傳輸場景分析、信道狀態(tài)估計及其容量預測、功率控制和頻譜管理，無線電知識描述語言等關鍵問題進行了探討，希望能夠?qū)ο嚓P工作的開展提供一些參考。

一、感知無線電的概念

感知無線電技術用以實現(xiàn)動態(tài)頻譜共享。通過檢測空中信號占用頻譜，通過探知無線環(huán)境中空閑頻譜資源，選擇可被自己利用頻率進行通信。租借系統(tǒng)通過采用感知無線電技術，實時跟蹤授權系統(tǒng)占用頻率狀況，隨時使用、釋放頻段，在保障授權系統(tǒng)通信前提下，與授權系統(tǒng)動態(tài)共享頻譜。論文百事通采用頻譜檢測方式獲取頻譜信息可使感知無線電技術能適應無線環(huán)境頻譜使用狀況短期變化，高效利用頻譜，并且感知無線電技術不要求改造現(xiàn)有系統(tǒng)，對無線信道環(huán)境和用戶需求都將具有較好適應性。

感知無線電技術動態(tài)頻譜共享是自適應傳輸技術思想在頻譜分配領域的運用。自適應傳輸使無線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸適應信道傳輸能力的變化，通過提高數(shù)據(jù)傳輸速率來改善頻譜利用率。而感知無線電使無線通信系統(tǒng)占用的頻譜適應無線環(huán)境頻譜使用狀況的變化，通過增加共享同一頻段的系統(tǒng)數(shù)、用戶數(shù)來提高頻譜利用率。不管是自適應傳輸技術還是感知無線電技術，其思想的核心都是無線通信系統(tǒng)能自動地適應外界環(huán)境和自身需求的變化。

感知無線電思想可以推廣到移動通信其它層面。從低層到高層，要求未來移動通信系統(tǒng)能檢測系統(tǒng)各層參數(shù)與狀態(tài)，如鏈路質(zhì)量、網(wǎng)絡拓撲、業(yè)務負載、甚至用戶需求，并能適應這些變化。從通信端到端，在存在重疊覆蓋多種無線電通信環(huán)境下，要求移動設備能夠在異構網(wǎng)絡間切換，實現(xiàn)包括終端、網(wǎng)絡和業(yè)務在內(nèi)的端到端重配置。這也就是所謂的認知網(wǎng)絡(CognitiveNetwork)。

論文關鍵詞:感知無線電；信道；傳輸場景

論文摘要:感知無線電技術是在軟件無線電技術基礎上發(fā)展起來的一種新的智能無線通信技術，是軟件無線電技術的擴展，它使軟件無線電從預先定義協(xié)議的盲目執(zhí)行者轉(zhuǎn)變成為無線電領域的智能。感知無線電雖具有獨特的優(yōu)點，但技術并不成熟，本文對感知無線電的無線傳輸場景分析、信道狀態(tài)估計及其容量預測、功率控制和頻譜管理，無線電知識描述語言等關鍵問題進行了探討，希望能夠?qū)ο嚓P工作的開展提供一些參考。

一、感知無線電的概念

感知無線電技術用以實現(xiàn)動態(tài)頻譜共享。通過檢測空中信號占用頻譜，通過探知無線環(huán)境中空閑頻譜資源，選擇可被自己利用頻率進行通信。租借系統(tǒng)通過采用感知無線電技術，實時跟蹤授權系統(tǒng)占用頻率狀況，隨時使用、釋放頻段，在保障授權系統(tǒng)通信前提下，與授權系統(tǒng)動態(tài)共享頻譜。采用頻譜檢測方式獲取頻譜信息可使感知無線電技術能適應無線環(huán)境頻譜使用狀況短期變化，高效利用頻譜，并且感知無線電技術不要求改造現(xiàn)有系統(tǒng)，對無線信道環(huán)境和用戶需求都將具有較好適應性。

感知無線電技術動態(tài)頻譜共享是自適應傳輸技術思想在頻譜分配領域的運用。自適應傳輸使無線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸適應信道傳輸能力的變化，通過提高數(shù)據(jù)傳輸速率來改善頻譜利用率。而感知無線電使無線通信系統(tǒng)占用的頻譜適應無線環(huán)境頻譜使用狀況的變化，通過增加共享同一頻段的系統(tǒng)數(shù)、用戶數(shù)來提高頻譜利用率。不管是自適應傳輸技術還是感知無線電技術，其思想的核心都是無線通信系統(tǒng)能自動地適應外界環(huán)境和自身需求的變化。

感知無線電思想可以推廣到移動通信其它層面。從低層到高層，要求未來移動通信系統(tǒng)能檢測系統(tǒng)各層參數(shù)與狀態(tài)，如鏈路質(zhì)量、網(wǎng)絡拓撲、業(yè)務負載、甚至用戶需求，并能適應這些變化。從通信端到端，在存在重疊覆蓋多種無線電通信環(huán)境下，要求移動設備能夠在異構網(wǎng)絡間切換，實現(xiàn)包括終端、網(wǎng)絡和業(yè)務在內(nèi)的端到端重配置。這也就是所謂的認知網(wǎng)絡(CognitiveNetwork)。

關鍵詞：感知無線電；信道；傳輸場景

摘要：感知無線電技術是在軟件無線電技術基礎上發(fā)展起來的一種新的智能無線通信技術，是軟件無線電技術的擴展，它使軟件無線電從預先定義協(xié)議的盲目執(zhí)行者轉(zhuǎn)變成為無線電領域的智能。感知無線電雖具有獨特的優(yōu)點，但技術并不成熟，本文對感知無線電的無線傳輸場景分析、信道狀態(tài)估計及其容量預測、功率控制和頻譜管理，無線電知識描述語言等關鍵問題進行了探討，希望能夠?qū)ο嚓P工作的開展提供一些參考。

一、感知無線電的概念

感知無線電技術用以實現(xiàn)動態(tài)頻譜共享。通過檢測空中信號占用頻譜，通過探知無線環(huán)境中空閑頻譜資源，選擇可被自己利用頻率進行通信。租借系統(tǒng)通過采用感知無線電技術，實時跟蹤授權系統(tǒng)占用頻率狀況，隨時使用、釋放頻段，在保障授權系統(tǒng)通信前提下，與授權系統(tǒng)動態(tài)共享頻譜。采用頻譜檢測方式獲取頻譜信息可使感知無線電技術能適應無線環(huán)境頻譜使用狀況短期變化，高效利用頻譜，并且感知無線電技術不要求改造現(xiàn)有系統(tǒng)，對無線信道環(huán)境和用戶需求都將具有較好適應性。

感知無線電技術動態(tài)頻譜共享是自適應傳輸技術思想在頻譜分配領域的運用。自適應傳輸使無線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸適應信道傳輸能力的變化，通過提高數(shù)據(jù)傳輸速率來改善頻譜利用率。而感知無線電使無線通信系統(tǒng)占用的頻譜適應無線環(huán)境頻譜使用狀況的變化，通過增加共享同一頻段的系統(tǒng)數(shù)、用戶數(shù)來提高頻譜利用率。不管是自適應傳輸技術還是感知無線電技術，其思想的核心都是無線通信系統(tǒng)能自動地適應外界環(huán)境和自身需求的變化。

感知無線電思想可以推廣到移動通信其它層面。從低層到高層，要求未來移動通信系統(tǒng)能檢測系統(tǒng)各層參數(shù)與狀態(tài)，如鏈路質(zhì)量、網(wǎng)絡拓撲、業(yè)務負載、甚至用戶需求，并能適應這些變化。從通信端到端，在存在重疊覆蓋多種無線電通信環(huán)境下，要求移動設備能夠在異構網(wǎng)絡間切換，實現(xiàn)包括終端、網(wǎng)絡和業(yè)務在內(nèi)的端到端重配置。這也就是所謂的認知網(wǎng)絡(CognitiveNetwork)。

近年來，在我國各個生產(chǎn)和生活領域中均可見到無線通信技術的身影。然而，在無線通信技術的應用規(guī)模不斷擴大的今天，分布式頻譜資源稀缺的問題越來越突出，相關研究也沒有取得突破性進展?，F(xiàn)階段，在我國通信進一步的發(fā)展過程中，無線頻譜的缺乏成為主要的限制因素。于是，認知無線電技術應運而生，并在社會范圍內(nèi)得到了廣泛關注。相較于傳統(tǒng)無線電技術，認知無線電技術的最大優(yōu)勢在于能夠有效提高頻譜利用率，解決分布式頻譜資源不足的問題[1]。在我國，認知無線電技術已被授權并分配給若干通信系統(tǒng)，但頻譜資源的利用水平仍有待提升。如何在不影響授權用戶通信的情況下，對授權系統(tǒng)所占用的空閑頻段進行有效利用，并以該方式全面提升系統(tǒng)頻譜資源的使用效率，成為認知無線電技術面對的首要問題。我國對認知無線電技術的研究情況主要集中在自適應傳輸技術。當前，認知無線電系統(tǒng)具備的自適應傳輸技術已經(jīng)基本實現(xiàn)，可根據(jù)環(huán)境變化動態(tài)調(diào)整傳輸參數(shù)。

1認知無線通信系統(tǒng)的發(fā)展

無線電技術在人類歷史上的發(fā)展時間較短，直至20世紀末，國外才有相關學者系統(tǒng)地提出這一概念，并就無線電的基本原理展開了相關闡述。此后，隨著無線電優(yōu)勢的不斷突出和在臨床實際應用中卓越價值的不斷顯現(xiàn)，越來越多的人投入無線電的研究隊伍。至此，對無線電眾多相關項目的研究拉開序幕。近年來，隨著研究的不斷深入，認知無線通信系統(tǒng)已成為當前無線電領域的主要研究方向。首先，相較于傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)，認知無線通信系統(tǒng)能夠全面增加系統(tǒng)中可用頻譜的數(shù)量，保證大量無線信息的傳輸，對無線傳輸技術的進步具有重要的促進作用；其次，認知無線通信系統(tǒng)的設備制造商可以為用戶生產(chǎn)新設備，在產(chǎn)品銷售過程中為設備制造商獲得利益；最后，認知無線電技術能夠為用戶提供一個有效的信息傳輸系統(tǒng)，使其工作和生活更加便利、高效。

2認知無線電關鍵技術

2.1空閑頻譜感知檢測技術。空閑頻譜感知檢測技術即是以用戶無線環(huán)境的感知為基礎確定的“頻譜空調(diào)”。頻譜空調(diào)是指最初分配給授權用戶使用但功率頻帶非常低且在某些時間段內(nèi)未能被授權用戶充分使用的頻帶資源。該段頻率只包含低功率噪聲干擾的授權用戶信號或者與低功率噪聲干擾相似的授權用戶信號，頻帶內(nèi)部往往存在大量的空白區(qū)域，而空白區(qū)域的形成為系統(tǒng)使用頻譜資源提供了更多可能[2]。空閑頻譜感知檢測技術即充分利用此空白區(qū)域，對用戶頻帶資源使用情況進行分析和辨別，并以此為基礎選擇頻譜通信，有效實現(xiàn)頻譜資源的共享且不影響用戶正常通信。目前，我國常用頻譜檢測方法主要包括匹配濾波器的檢測、能量的檢測以及循環(huán)平穩(wěn)的檢測三類。（1）匹配濾波器的檢測。實質(zhì)上，匹配濾波器為線性最佳濾波器，具有最大的輸出信噪比，在信號檢測中起著重要作用。匹配濾波器的檢測屬于相干檢測中的一類。理論和實踐經(jīng)驗證實，它可用于判斷系統(tǒng)中是否存在信號，并把握最佳時機輸出最大信噪比，顯著提高信號檢測的準確性。另外，匹配濾波器也是輸出SNR的最大濾波器，在信號檢測方面有較大優(yōu)勢，具有檢測準確、快速的特點。匹配濾波器也有不足，如它對授權用戶的先驗信息依賴較大，若用戶的先驗信息不準確，則檢測結果的準確性和可靠性大大降低。此外，匹配濾波器的使用限制較多，在對不同類型的授權用戶進行檢測時，往往需要匹配特殊的接收器，導致可操作性低、應用推廣難度大，使用進一步受限[3]。（2）能量的檢測。在沒有任何發(fā)端信息的背景下，能量檢測方法是僅次于匹配濾波器檢測的方法，屬于信號的非相關檢測。相較于匹配濾波器檢測，我國對于能量檢測技術的研究更加成熟。當接收器無法從主用戶信號獲得足夠信息時，能量檢測便成為系統(tǒng)檢測的首選方式。檢測步驟如下。首先，在帶通濾波器中接收由接收機發(fā)出的信號，然后以接收到的實際數(shù)據(jù)為依據(jù)，計算濾波器輸出信號的平方值，進而將平方值與信號觀察時間相結合，計算出積分。其次，將計算值與預定閾值進行比較，判斷系統(tǒng)中是否存在信號。使用能量檢測方法的頻譜感測存在的主要問題是難以確定閾值，因為閾值取決于噪聲功率。在實際的系統(tǒng)運行過程中，噪聲功率會在各種因素的影響下不斷發(fā)生改變。檢測過程中，門限設置太高會造成部分授權用戶信息遺漏，給授權用戶的系統(tǒng)使用安全性與穩(wěn)定性帶來不利影響。門限值設置太低，會導致頻譜利用率降低，不利于檢測效率和效益的提升[4]。此外，能量檢測器只能判斷是否存在信號，不能識別信號，容易在未知信號影響下得出錯誤的檢測結果。（3）循環(huán)平穩(wěn)的檢測。當信噪比較低時，能量檢測器無法有效區(qū)分信號和噪聲，導致上述兩種檢測方法失效。此時，循環(huán)平穩(wěn)檢測的價值得以顯現(xiàn)。在大多數(shù)無線通信應用中，信號通常來自人工周期性信號調(diào)制，一般包含循環(huán)平穩(wěn)的特性。受此影響，信號的檢測和估計參數(shù)可以通過計算信號的循環(huán)譜密度來執(zhí)行。首先，對基帶信號進行N點FFT變換，得到功率譜密度。其次，檢測特征值與擴頻信號[5]。循環(huán)平穩(wěn)的檢測也有檢測計算量大和檢測等待時間長的不足。此外，在某些情況下，該檢測方法會影響授權用戶的通信。通常，檢測算法只在某一個認知用戶中完成。授權用戶的信號不僅覆蓋范圍廣，還具有路徑多的特點。在這樣的背景下，單一的檢測可能無法對用戶實際系統(tǒng)使用情況與接收到的信號進行準確判斷，造成檢測結果出錯。對此類問題，可通過合作檢測方式進行避免[6]。2.2頻譜共享技術。在認知無線電網(wǎng)絡，如何實現(xiàn)頻譜資源的共享是空閑頻譜應用中需要解決的主要問題。只有有效使用頻譜資源且同時不影響授權用戶，才能真正體現(xiàn)頻譜共享技術的優(yōu)勢與價值[7]。目前，我國關于頻譜共享技術的研究主要集中在動態(tài)的頻譜分配。對它進行具體分析可從以下三個方面入手。第一，基于網(wǎng)絡結構的頻譜共享技術。該方案主要針對集中式解決方案。在此解決方案中，頻譜的分配與用戶接入過程由一個集中單元控制，同時該控制單元負責對網(wǎng)絡中所有節(jié)點檢測到的頻譜信息進行控制與管理，并在對信息進行分析整理的基礎上制作頻譜分配映射圖。由于頻譜分配策略是由所有分布式節(jié)點參與制定的，在該模式下節(jié)點本身將直接決定頻譜訪問。第二，基于對頻譜進行分配的頻譜共享技術。該方案的研究內(nèi)容主要是單用戶通信與其他用戶通信之間的關系。方案中的所有節(jié)點從共享感知中獲得信息，而獲得的信息將被用作頻譜分配計算的參考指標[8]。第三，基于接入技術的頻譜共享技術。Overlay技術中，認知節(jié)點可使用未經(jīng)授權用戶的系統(tǒng)來訪問某些網(wǎng)絡。該技術能夠最大限度地減少對授權用戶造成的影響。此外，Underlay技術中，可利用擴頻技術在蜂窩網(wǎng)絡獲取頻譜分配圖，能夠有效處理授權用戶認知節(jié)點傳輸信號的噪聲，相比于Overlay方案，能夠有效利用增加的帶寬。

3結論

1方案設計

PBS表示主基站(PrimaryBaseStation)，通過光纜可以將各類監(jiān)測數(shù)據(jù)、感知數(shù)據(jù)、計量數(shù)據(jù)等業(yè)務數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶冸娬緝?nèi)的各種應用系統(tǒng)子站，也可以根據(jù)需要將數(shù)據(jù)通過電力骨干網(wǎng)絡(SDH等)傳輸?shù)绞‰娏緝?nèi)的系統(tǒng)主站，CBS表示認知基站(CognitiveBaseStation)，通過光纜與主基站連接進行信息交互，通過無線方式與次用戶通信，PU表示主用戶即授權用戶(PrimaryUser)，SU表示次用戶即認知用戶(SecondaryUser)，這里的用戶在實際應用場景中泛指各種無線通信終端，本文為與認知無線電的各種概念保存一致，也稱為用戶，各類業(yè)務數(shù)據(jù)通過授權用戶或次用戶將數(shù)據(jù)傳輸?shù)交?，SB表示頻譜經(jīng)紀人(SpectrumBroker)，通過光纜或者網(wǎng)線形式與認知基站進行信息交互。認知基站負責認知用戶的控制和管理，主要包括對認知用戶的感知結果進行融合、空閑信道資源分配、接入及切換管理。頻譜使用區(qū)域分授權頻段區(qū)域和非授權頻段區(qū)域，在授權頻段區(qū)域，認知基站與主基站進行信息交互，降低感知目標頻段的盲目性，認知用戶根據(jù)認知基站的交互信息，感知授權用戶的授權頻段的空閑情況并利用。在非授權頻段區(qū)域，認知用戶感知非授權頻段的使用情況并進行競爭利用，能夠及時規(guī)避干擾頻段，使用動態(tài)分配的頻譜資源，在該區(qū)域中頻譜經(jīng)紀人充當協(xié)調(diào)者角色，負責不同認知網(wǎng)絡之間的頻譜資源協(xié)調(diào)管理。為提高頻譜感知效率，縮短系統(tǒng)接入時間，提升頻譜切換性能，本文設計兩張用于認知基站內(nèi)維護的信息表，一張是可用頻率資源列表，一張是交互信息列表?！邦l帶范圍”表示認知用戶可以使用的頻段的范圍，“頻帶歷史使用信息”表示該段空閑頻段的歷史使用情況，包括數(shù)據(jù)傳輸平均占用時長和空閑率，由此可以計算頻段的大致可用時長;“頻帶帶寬”表示可用的頻帶寬度;“干擾水平”表示歷史干擾水平和當前干擾水平，干擾水平是指空閑頻譜所遭受的干擾程度和強度，包括無線環(huán)境下的路徑損耗等干擾和電力設施運行時的電磁干擾，以功率形式量化，結合相關系數(shù)，可以計算信道最大容量;“可用狀態(tài)”表示頻率資源的利用方式，包括共享式和獨享式，共享式是指認知用戶與授權用戶共享頻率資源，但不會對授權用戶造成干擾，或者是由多個認知用戶之間進行共享使用空閑授權頻率資源或空閑非授權頻率資源，獨享式是指空閑頻率資源無其他用戶使用，由單個認知用戶單獨享用。綜合以上信息，認知基站能夠根據(jù)認知用戶的需求情況快速找到匹配資源進行分配，提高了分配效率、縮短了分配時間，根據(jù)業(yè)務特性，有選擇地選取特定頻譜實現(xiàn)與業(yè)務需求的匹配。

2頻率分配方法

本文假設頻譜感知由物理層來完成，而且能夠獲得準確的感知結果，MAC層在獲取感知結果的基礎上主要負責頻譜資源的動態(tài)管理。其中頻譜分配和頻譜干擾規(guī)避是頻譜資源管理的重要部分，也是電力行業(yè)應用下需要解決的重要問題。在分配階段，提出基于迫切性和公平性的頻譜資源分配方法，不僅考慮認知用戶的接入的迫切程度，同時也需考慮用戶接入的公平性。迫切性和公平性是影響資源分配的重要參考內(nèi)容，影響迫切性主要參數(shù)包括:業(yè)務優(yōu)先級、等待時間，影響公平性主要參數(shù)包括:用戶不良信用記錄、用戶接入成功率，其中，業(yè)務優(yōu)先級是指業(yè)務的重要程度，等待時間是指用戶數(shù)據(jù)的有效期，超過一定時間，數(shù)據(jù)的傳輸就無意義，在電力行業(yè)下，這一參數(shù)尤其重要，用戶不良信用記錄是指用戶分配到頻率資源但沒有利用的信用記錄，接入成功率是指用戶請求分配且獲得分配的概率，為公平起見，接入成功率越低的用戶分配的可能性就越大。

3頻率切換方法

由于認知用戶使用授權用戶暫時未使用的授權頻段，一旦授權用戶出現(xiàn)，認知用戶需要立即采取相應措施以免對授權用戶的使用造成干擾，或者當認知用戶使用的非授權頻段的頻譜環(huán)境惡化，也需采取措施來防止業(yè)務受到重大影響，另外，電力系統(tǒng)中復雜的電磁干擾進一步加劇了無線環(huán)境的復雜度，帶來了更大的干擾，影響頻譜資源的使用，在此條件下，除共享頻率之外，頻率切換也是有效解決措施之一，設計合理的目標頻段切換機制對切換性能有著十分重要的影響。本文在此基礎上提出一種基于加權的多參量目標頻段切換算法，認知基站根據(jù)認知用戶的業(yè)務特性和需求進行計算選取目標切換頻段并分配，這樣就有利于進一步降低認知用戶的復雜度，綜合考慮多種選擇因素，彌補單一屬性選擇的不足。

1寬帶無線通信的實時多域分析

隨著通信體制的改革，寬帶無線通信的結構也發(fā)生了變化：由單一的載波調(diào)試系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槎噍d波調(diào)制系統(tǒng)。信號調(diào)制的方法也由簡單的QPSK、BPSK、FSK轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠A的8-PSK、OQPSK、QAM。在數(shù)據(jù)編碼方式方面，也由早期的代數(shù)碼、分組碼、RS碼發(fā)展為LDPC碼、Turbo碼、卷積碼。為了滿足通信的抗干擾性和安全性要求，擴頻、跳頻通信技術的應用范圍也不斷擴展。這些新技術、新方法的應用，使寬帶無線通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾蚀蟠筇岣摺?/p>

1.1寬帶無線通信的實時多域分析架構

該系統(tǒng)的后端采用的是全數(shù)字中頻結構，前端采用的是超外差結構，在數(shù)字域中能夠完成信號的多域聯(lián)合分析、調(diào)制分析、頻譜分析。通過寬帶的數(shù)字掃描和分析，在測試頻帶上能夠連續(xù)掃描信號頻譜信息，將其送入到上層結構中。在該模式下，經(jīng)過DDC處理可以得到I/O信號，在滿足條件時能夠?qū)⑵浯鎯Φ酱鎯ζ髦?。該系統(tǒng)是一個開放性、多邊形的數(shù)字信號處理系統(tǒng)，與目前的分析架構相比，該系統(tǒng)能夠根據(jù)測量對象的要求和特點，在線生成新的硬件算法，從而為通信信號實時多域分析提供可能。由于該系統(tǒng)結構的分析方法是通過DSA和FPGA來實現(xiàn)的，大大減少了系統(tǒng)的開銷，也提高了系統(tǒng)測試的速度。

1.2通信分析

在該分析架構模式下，經(jīng)過通信分析，在抽取數(shù)字濾波后，將其存儲到相應的存儲器中，以I/O信號基帶來進行處理，這樣就實現(xiàn)了通信性能的快速分析和測試。