認知無(wú)線(xiàn)電的頻譜感知技術(shù)研究
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O 引言
隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信業(yè)務(wù)的增長(cháng)，可利用的頻帶日趨緊張，頻譜資源匾乏的問(wèn)題日益嚴重。世界各國現行的頻率使用政策除分配極少的ISM頻段之外，大多采用許可證制度。而獲得許可的用戶(hù)，并非全部都是全天候占用許可頻段，一些頻帶部分時(shí)間內并沒(méi)有用戶(hù)使用，另有一些偶爾才被占用，即使系統頻譜使用率低，仍無(wú)法將空間的頻譜分配給其他系統使用，即無(wú)法實(shí)現頻譜共享。怎樣才能提高頻譜利用率，在不同區域和不同時(shí)間段里有效地利用不同的空閑頻道，成為人們非常關(guān)注的技術(shù)問(wèn)題。為了解決該問(wèn)題，Joseph Mito1a于1999年在軟件無(wú)線(xiàn)電的基礎上提出了認知無(wú)線(xiàn)電(Cognitive Radio，簡(jiǎn)稱(chēng)CR)的概念，要實(shí)現動(dòng)態(tài)頻譜接入，首先要解決的問(wèn)題就是如何檢測頻譜空穴，避免對主用戶(hù)的干擾，也就是頻譜感知技術(shù)。CR用戶(hù)通過(guò)頻譜感知檢測主用戶(hù)是否存在，從而利用頻譜空穴。
1 匹配濾波器檢測(Matched Filtering)
匹配濾波器是一種最優(yōu)的信號檢測法，因為在輸出端它能夠使信號的信噪比達到最大。匹配濾波器最大的優(yōu)點(diǎn)就是能夠在短時(shí)間里獲得高處理增益。但是使用匹配濾波器進(jìn)行信號檢測必須知道被檢測的主用戶(hù)信號的先驗知識，比如調制方式、脈沖波形、數據包格式等，如果這些信息不準確就會(huì )嚴重影響其性能，同時(shí)匹配濾波器計算量也較大。因此它可以用來(lái)檢測一些特定的信號，但是每類(lèi)主用戶(hù)認知無(wú)線(xiàn)電都要有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的接收器，這就增加了系統的資源耗費量和復雜度。
2 能量檢測(Energy Detector―Based Sensing)
能量檢測是一種較簡(jiǎn)單的信號非相干檢測方法。根據基本假設模型，在高斯加性白噪聲(AWGN)信道情況下，采用能量檢測法進(jìn)行主用戶(hù)信號檢測的性能。在A(yíng)WGN信道非衰落的環(huán)境中，可知信道增益h是確定的。在H1下，當接收到的信號超過(guò)判決門(mén)限入時(shí)，判斷主用戶(hù)信號存在。在H0下，當接收信號超過(guò)判決門(mén)限時(shí)，則會(huì )作出錯誤的判斷。分別用Pd和Pf，來(lái)表示檢測到主用戶(hù)的概率(檢測概率)和錯誤判斷警報的(虛警)概率，對H．Urkowitz的研究結果進(jìn)行簡(jiǎn)化，可以得到通過(guò)無(wú)衰落的AWGN信道檢測的概率和虛警概率的近似表達式為
其中：γ是信噪；σ是一個(gè)正數；r0，r(，g)是方差；是完整和不完整Gamma函數；Qm是普遍馬庫姆(Marcum)函數，其定義為
由公式(1)可以看出如果Pd很低，將會(huì )導致不能檢測主用戶(hù)信號的概率很大，這樣反過(guò)來(lái)就增加了對主用戶(hù)的干擾。如果Pf過(guò)高，則錯誤警報會(huì )使認識無(wú)線(xiàn)電用戶(hù)錯過(guò)許多頻譜利用的機會(huì )，導致頻譜利用效率低下。為了提高能量檢測的可靠行，最近關(guān)于這方面的研究主要集中在能量檢測器上。
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