OFDM混合調(diào)制信號在認知網(wǎng)絡中的應用

摘要：對OFDM混合調(diào)制信號進行了譜相關(guān)分析，并將其應用到認知網(wǎng)絡中。在采用OFDM混合調(diào)制信號傳輸?shù)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/認知">認知網(wǎng)絡中，利用信號的循環(huán)平穩(wěn)特性可以快速識別出信道空閑、認知信號傳輸、主用戶信號傳輸和兩種信號混疊這四種狀態(tài)，為認知網(wǎng)絡中認知信號的快速可靠接入和退出提供了保障。進一步利用混合調(diào)制的位置來標記不同的認知網(wǎng)絡，認知節(jié)點可以區(qū)分不同認知網(wǎng)絡信號。在提出的認知網(wǎng)絡應用模型中，傳輸和接收設備較簡單，而且不需專門的信道來傳輸控制命令，節(jié)約了帶寬。仿真結(jié)果顯示，在認知網(wǎng)絡中，該模型可以提高頻譜利用率，使通信系統(tǒng)的性能得到改善。
關(guān)鍵詞：OFDM混合調(diào)制信號；認知網(wǎng)絡；循環(huán)譜；二階循環(huán)平穩(wěn)特性；認知節(jié)點；循環(huán)平穩(wěn)信號

0 引言
認識網(wǎng)絡可以提供動態(tài)頻譜的接入，充分利用頻譜資源，對頻譜進行有效的管理。認知網(wǎng)絡通過調(diào)整自身信號的調(diào)制參數(shù)來充分利用空閑的頻譜資源，借用主用戶的授權(quán)頻段進行通信。通常在一個認知網(wǎng)絡中，一個主用戶和多個認知用戶共用一個頻段，通過網(wǎng)絡的認知節(jié)點來建立起網(wǎng)絡用戶間的通信。認知用戶利用空閑頻段進行通信，而這一空閑頻段是無法預測的，受到主用戶通信的影響。
在主用戶和認知用戶頻譜動態(tài)接人中，普遍存在兩大困難：一是快速發(fā)現(xiàn)空白信道，進而建立起認知用戶通信；二是維持認知用戶通信的連貫性，同時避免對主用戶信號通信產(chǎn)生影響。文獻通過指定一個共用的控制信道達到網(wǎng)絡的協(xié)調(diào)，但是這一方式需要占用一段頻譜資源，而且需要與主用戶網(wǎng)絡協(xié)商進行通信，影響到了主用戶的傳輸。文獻提出增加信號報頭內(nèi)容的方法，但是這一個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(wěn)特性對認知信號進行區(qū)分，利用頻譜的對稱性設計出一種新的循環(huán)平穩(wěn)特性，但是信號識別的可靠性較差，更無法可靠地識別出兩信號混疊的現(xiàn)象，而且子信道進行二次調(diào)制(形成對稱調(diào)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(wěn)循環(huán)特性進行信號的識別，但是算法復雜。
本文提出的在認知網(wǎng)絡中利用OFDM混合調(diào)制信號傳輸模型可以可靠快速地區(qū)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(diào)制方式，對現(xiàn)有的發(fā)送和接收設備不會有太大的改變，設備較簡單；利用信號的二階循環(huán)平穩(wěn)特性來區(qū)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(wěn)特性算法復雜的問題。

1 循環(huán)平穩(wěn)信號的分析
一般情況下，要調(diào)制的信息通常為平穩(wěn)隨機過程，信息經(jīng)過周期調(diào)制(如三角載波。脈沖序列等)以后，調(diào)制信號變?yōu)檠h(huán)平穩(wěn)信號。一個復信號的自相關(guān)函數(shù)定義如下：

如果函數(shù)在時域t上，相對于時移τ存在一個周期或者多個周期，則稱信號為循環(huán)平穩(wěn)信號。對于循環(huán)平穩(wěn)或者多周期循環(huán)平穩(wěn)信號，信號自相關(guān)函數(shù)的傅里葉級數(shù)表達形式為：

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

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

對于一個二階循環(huán)平穩(wěn)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(wěn)特性，那么在頻域上頻譜平移相應位置后也會存在相關(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(shù)字調(diào)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。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OFDM碼元中第n個子信道的調(diào)制碼元)；N為子信道數(shù)量；q(t)是脈寬為T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。