《電子技術(shù)應(yīng)用》
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認(rèn)知無線電中的協(xié)作頻譜感知技術(shù)
2020年電子技術(shù)應(yīng)用第5期
聶慧鋒1，徐聲海2
1.中國船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，江蘇 揚(yáng)州225001； 2.中國人民解放軍海軍裝備部駐上海地區(qū)軍事代表局駐揚(yáng)州地區(qū)軍事代表室，江蘇 揚(yáng)州225001
摘要： 頻譜資源匱乏是目前通信領(lǐng)域遇到的一個(gè)難題，緩解頻譜資源短缺的一個(gè)有效方法是頻譜感知技術(shù)，它可以實(shí)現(xiàn)頻譜的動態(tài)利用，提高頻譜的利用率。首先介紹了能量檢測法、匹配濾波檢測法以及循環(huán)平穩(wěn)特性檢測法3種單用戶譜感知技術(shù)，然后研究了協(xié)作頻譜感知技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和感知模型，最后基于能量檢測法的協(xié)作頻譜感知中的“K-N”融合準(zhǔn)則進(jìn)行仿真，結(jié)果表明，當(dāng)K=[N+1/2]時(shí)，協(xié)作頻譜感知的性能達(dá)到最優(yōu)。
中圖分類號： TN929
文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.191315
中文引用格式： 聶慧鋒，徐聲海. 認(rèn)知無線電中的協(xié)作頻譜感知技術(shù)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2020，46(5)：63-67，73.
英文引用格式： Nie Huifeng，Xu Shenghai. The technology of cooperative spectrum sensing in cognitive radio[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(5)：63-67，73.
The technology of cooperative spectrum sensing in cognitive radio
Nie Huifeng1，Xu Shenghai2
1.The 723 Institute of CSIC，Yangzhou 225001，China； 2.Military Representative Office of the PLA Navy Force in Yangzhou，Yangzhou 225001，China
Abstract： The lack of spectrum resources is a difficult problem in the communication field.An effective method to alleviate the shortage of spectrum resources is spectrum sensing technology,which can realize the dynamic utilization of spectrum and improve the utilization of spectrum. Firstly, this paper introduces three single-user spectrum sensing techniques:energy detection method,matched filter detection method and cyclostationary characteristic detection method.Then,the system structure and perception model of cooperative spectrum sensing technology are studied.Finally, the cooperative spectrum sensing of the "K-N" fusion criterion based on energy detection method is simulated,the simulation results show that cooperative spetrum sensing performance is optimal when K=[N+1/2].
Key words : cognitive radio；cooperative spectrum sensing；detection probability；false detection probability

0 引言

    無線電頻譜資源是十分有限的，授權(quán)用戶(主用戶)可以獨(dú)享該授權(quán)頻段，而在主用戶處于休眠狀態(tài)時(shí)，該授權(quán)頻段處于空閑狀態(tài)，這樣導(dǎo)致了頻譜資源的浪費(fèi)。頻譜資源匱乏和授權(quán)頻段利用率低下的矛盾日益突出，認(rèn)知無線電被認(rèn)為是目前解決這一矛盾最有潛力的通信技術(shù)之一[1]。認(rèn)知無線電(Cognitive Radio，CR)的概念是MITOLA J博士于1999年最早提出[2]，其核心思想是通過感知周圍環(huán)境中的可用頻譜資源，在對主用戶不產(chǎn)生干擾的前提下使用該頻譜，以提高頻譜利用率[3]。實(shí)現(xiàn)對主用戶通信不受影響，在次用戶接入前，在此特定的時(shí)間和空間內(nèi)對所在的頻譜資源利用情況進(jìn)行有效檢測，這就是頻譜感知技術(shù)[4]。

    認(rèn)知無線電頻譜感知技術(shù)能夠有效提高頻譜利用率、緩解頻譜資源短缺的壓力。自CR的概念被提出，在理論和實(shí)際應(yīng)用方面都取得了巨大的發(fā)展。其中具有代表性的是，由美國國防高級研究計(jì)劃署（DAPRA）資助的下一代無線通信（XG）項(xiàng)目主要研究系統(tǒng)方法和關(guān)鍵技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)基于認(rèn)知無線電技術(shù)的動態(tài)頻譜應(yīng)用[5]；德國Karlsruhe大學(xué)的JONDRAL F K 教授在文獻(xiàn)[6]中提出了頻譜池基本思想，頻譜共享池將一部分分配給不同業(yè)務(wù)的頻譜合并成一個(gè)公共的頻譜池。國內(nèi)在認(rèn)知無線電頻譜檢測技術(shù)方面也取得了顯著的研究成果，重慶大學(xué)的馮文江[7]等人對加性高斯白噪聲信道下能量檢測法進(jìn)行了研究，并比較了能量檢測法下認(rèn)知用戶單獨(dú)檢測、協(xié)作檢測以及采用多樣性技術(shù)來檢測授權(quán)用戶的性能；文獻(xiàn)[8]提出一種基于循環(huán)平穩(wěn)檢測的集中式協(xié)作頻譜感知機(jī)制，在保證感知能力的基礎(chǔ)上有效降低系統(tǒng)的復(fù)雜度；文獻(xiàn)[9]提出一種更精練的能量檢測算法，該算法能避免瞬時(shí)信號能量下降造成的錯誤檢測。

    由于多徑效應(yīng)、陰影效應(yīng)及信道衰減等因素對單認(rèn)知用戶的頻譜感知的性能有較大的影響，導(dǎo)致頻譜感知結(jié)果的可靠性差，為了克服這些問題，本文對多認(rèn)知用戶的協(xié)作頻譜感知技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了一種快速選取K值的方法。




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作者信息:

聶慧鋒1，徐聲海2

(1.中國船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，江蘇 揚(yáng)州225001；

2.中國人民解放軍海軍裝備部駐上海地區(qū)軍事代表局駐揚(yáng)州地區(qū)軍事代表室，江蘇 揚(yáng)州225001)

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