OFDM混合調制信號在認知網(wǎng)絡(luò )中的應用

摘要：對OFDM混合調制信號進(jìn)行了譜相關(guān)分析，并將其應用到認知網(wǎng)絡(luò )中。在采用OFDM混合調制信號傳輸的認知網(wǎng)絡(luò )中，利用信號的循環(huán)平穩特性可以快速識別出信道空閑、認知信號傳輸、主用戶(hù)信號傳輸和兩種信號混疊這四種狀態(tài)，為認知網(wǎng)絡(luò )中認知信號的快速可靠接入和退出提供了保障。進(jìn)一步利用混合調制的位置來(lái)標記不同的認知網(wǎng)絡(luò )，認知節點(diǎn)可以區分不同認知網(wǎng)絡(luò )信號。在提出的認知網(wǎng)絡(luò )應用模型中，傳輸和接收設備較簡(jiǎn)單，而且不需專(zhuān)門(mén)的信道來(lái)傳輸控制命令，節約了帶寬。仿真結果顯示，在認知網(wǎng)絡(luò )中，該模型可以提高頻譜利用率，使通信系統的性能得到改善。
關(guān)鍵詞：OFDM混合調制信號；認知網(wǎng)絡(luò )；循環(huán)譜；二階循環(huán)平穩特性；認知節點(diǎn)；循環(huán)平穩信號

0 引言
認識網(wǎng)絡(luò )可以提供動(dòng)態(tài)頻譜的接入，充分利用頻譜資源，對頻譜進(jìn)行有效的管理。認知網(wǎng)絡(luò )通過(guò)調整自身信號的調制參數來(lái)充分利用空閑的頻譜資源，借用主用戶(hù)的授權頻段進(jìn)行通信。通常在一個(gè)認知網(wǎng)絡(luò )中，一個(gè)主用戶(hù)和多個(gè)認知用戶(hù)共用一個(gè)頻段，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )的認知節點(diǎn)來(lái)建立起網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)間的通信。認知用戶(hù)利用空閑頻段進(jìn)行通信，而這一空閑頻段是無(wú)法預測的，受到主用戶(hù)通信的影響。
在主用戶(hù)和認知用戶(hù)頻譜動(dòng)態(tài)接人中，普遍存在兩大困難：一是快速發(fā)現空白信道，進(jìn)而建立起認知用戶(hù)通信；二是維持認知用戶(hù)通信的連貫性，同時(shí)避免對主用戶(hù)信號通信產(chǎn)生影響。文獻通過(guò)指定一個(gè)共用的控制信道達到網(wǎng)絡(luò )的協(xié)調，但是這一方式需要占用一段頻譜資源，而且需要與主用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )協(xié)商進(jìn)行通信，影響到了主用戶(hù)的傳輸。文獻提出增加信號報頭內容的方法，但是這一個(gè)方式增加了通信設備的復雜度，并且降低了信息的傳輸速率。文獻利用信號的循環(huán)平穩特性對認知信號進(jìn)行區分，利用頻譜的對稱(chēng)性設計出一種新的循環(huán)平穩特性，但是信號識別的可靠性較差，更無(wú)法可靠地識別出兩信號混疊的現象，而且子信道進(jìn)行二次調制(形成對稱(chēng)調制)，產(chǎn)生了帶寬的浪費。文獻中分別在特定通信環(huán)境下利用信號的四階平穩循環(huán)特性進(jìn)行信號的識別，但是算法復雜。
本文提出的在認知網(wǎng)絡(luò )中利用OFDM混合調制信號傳輸模型可以可靠快速地區分信道中的四種不同狀態(tài)；該模型僅改變一路或多路子信道的調制方式，對現有的發(fā)送和接收設備不會(huì )有太大的改變，設備較簡(jiǎn)單；利用信號的二階循環(huán)平穩特性來(lái)區分信道中的四種狀態(tài)，算法快速收斂，避免了利用高階循環(huán)平穩特性算法復雜的問(wèn)題。

1 循環(huán)平穩信號的分析
一般情況下，要調制的信息通常為平穩隨機過(guò)程，信息經(jīng)過(guò)周期調制(如三角載波。脈沖序列等)以后，調制信號變?yōu)檠h(huán)平穩信號。一個(gè)復信號的自相關(guān)函數定義如下：

如果函數在時(shí)域t上，相對于時(shí)移τ存在一個(gè)周期或者多個(gè)周期，則稱(chēng)信號為循環(huán)平穩信號。對于循環(huán)平穩或者多周期循環(huán)平穩信號，信號自相關(guān)函數的傅里葉級數表達形式為：

為信號的循環(huán)自相關(guān)函數，其中Z為時(shí)間總長(cháng)度，信號自相關(guān)函數Rxx(t，τ)的傅里葉級數α包含了一切循環(huán)自相關(guān)函數*****不為零的情況。對應地給出信號共軛自相關(guān)函數與共軛循環(huán)自相關(guān)函數的定義：

循環(huán)平穩信號譜的相關(guān)函數與共軛譜的相關(guān)函數分別是信號循環(huán)自相關(guān)函數與共軛循環(huán)自相關(guān)函數的傅里葉變換，即：

對于一個(gè)二階循環(huán)平穩的信號，譜相關(guān)是信號最為重要的特征。如果信號存在循環(huán)平穩特性，那么在頻域上頻譜平移相應位置后也會(huì )存在相關(guān)性。

2 OFDM信號的譜相關(guān)分析
OFDM信號可以看作是由N路數字調制的子信道組成，信號可以表達為：

式中：fc為載波頻率；w(t)為N路子信號復合后的復包絡(luò )。w(t)可以表示為：

式中：γn，k為獨立同分布的信息碼元序列(γn，k是第k個(gè)OFDM碼元中第n個(gè)子信道的調制碼元)；N為子信道數量；q(t)是脈寬為T(mén)的矩形脈沖；Ts為OFDM信息碼元周期；Tg為碼元保護間隔，即循環(huán)前綴；T=Ts+T0。