認(rèn)知無線電的頻譜感知技術(shù)研究

O 引言
隨著無線通信業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)，可利用的頻帶日趨緊張，頻譜資源匾乏的問題日益嚴(yán)重。世界各國(guó)現(xiàn)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，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(nèi)并沒有用戶使用，另有一些偶爾才被占用，即使系統(tǒng)頻譜使用率低，仍無法將空間的頻譜分配給其他系統(tǒng)使用，即無法實(shí)現(xiàn)頻譜共享。怎樣才能提高頻譜利用率，在不同區(qū)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)問題。為了解決該問題，Joseph Mito1a于1999年在軟件無線電的基礎(chǔ)上提出了認(rèn)知無線電(Cognitive Radio，簡(jiǎn)稱CR)的概念，要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜接入，首先要解決的問題就是如何檢測(cè)頻譜空穴，避免對(duì)主用戶的干擾，也就是頻譜感知技術(shù)。CR用戶通過頻譜感知檢測(cè)主用戶是否存在，從而利用頻譜空穴。

1 匹配濾波器檢測(cè)(Matched Filtering)
匹配濾波器是一種最優(yōu)的信號(hào)檢測(cè)法，因?yàn)樵谳敵龆怂軌蚴剐盘?hào)的信噪比達(dá)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(hào)檢測(cè)必須知道被檢測(cè)的主用戶信號(hào)的先驗(yàn)知識(shí)，比如調(diào)制方式、脈沖波形、數(shù)據(jù)包格式等，如果這些信息不準(zhǔn)確就會(huì)嚴(yán)重影響其性能，同時(shí)匹配濾波器計(jì)算量也較大。因此它可以用來檢測(cè)一些特定的信號(hào)，但是每類主用戶認(rèn)知無線電都要有一個(gè)專門的接收器，這就增加了系統(tǒng)的資源耗費(fèi)量和復(fù)雜度。

2 能量檢測(cè)(Energy Detector―Based Sensing)
能量檢測(cè)是一種較簡(jiǎn)單的信號(hào)非相干檢測(cè)方法。根據(jù)基本假設(shè)模型，在高斯加性白噪聲(AWGN)信道情況下，采用能量檢測(cè)法進(jìn)行主用戶信號(hào)檢測(cè)的性能。在AWGN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(dāng)接收到的信號(hào)超過判決門限入時(shí)，判斷主用戶信號(hào)存在。在H0下，當(dāng)接收信號(hào)超過判決門限時(shí)，則會(huì)作出錯(cuò)誤的判斷。分別用Pd和Pf，來表示檢測(cè)到主用戶的概率(檢測(cè)概率)和錯(cuò)誤判斷警報(bào)的(虛警)概率，對(duì)H．Urkowitz的研究結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)化，可以得到通過無衰落的AWGN信道檢測(cè)的概率和虛警概率的近似表達(dá)式為

其中：γ是信噪；σ是一個(gè)正數(shù)；r0，r(，g)是方差；是完整和不完整Gamma函數(shù)；Qm是普遍馬庫姆(Marcum)函數(shù)，其定義為

由公式(1)可以看出如果Pd很低，將會(huì)導(dǎo)致不能檢測(cè)主用戶信號(hào)的概率很大，這樣反過來就增加了對(duì)主用戶的干擾。如果Pf過高，則錯(cuò)誤警報(bào)會(huì)使認(rèn)識(shí)無線電用戶錯(cuò)過許多頻譜利用的機(jī)會(huì)，導(dǎo)致頻譜利用效率低下。為了提高能量檢測(cè)的可靠行，最近關(guān)于這方面的研究主要集中在能量檢測(cè)器上。

3 靜態(tài)循環(huán)特征檢測(cè)