認知無線電的頻譜感知技術研究
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O 引言
隨著無線通信業(yè)務的增長，可利用的頻帶日趨緊張，頻譜資源匾乏的問題日益嚴重。世界各國現(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，一些頻帶部分時間內并沒有用戶使用，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)域和不同時間段里有效地利用不同的空閑頻道，成為人們非常關注的技術問題。為了解決該問題，Joseph Mito1a于1999年在軟件無線電的基礎上提出了認知無線電(Cognitive Radio，簡稱CR)的概念，要實現(xiàn)動態(tài)頻譜接入，首先要解決的問題就是如何檢測頻譜空穴，避免對主用戶的干擾，也就是頻譜感知技術。CR用戶通過頻譜感知檢測主用戶是否存在，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)點就是能夠在短時間里獲得高處理增益。但是使用匹配濾波器進行信號檢測必須知道被檢測的主用戶信號的先驗知識，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嚴重影響其性能，同時匹配濾波器計算量也較大。因此它可以用來檢測一些特定的信號，但是每類主用戶認知無線電都要有一個專門的接收器，這就增加了系統(tǒng)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，采用能量檢測法進行主用戶信號檢測的性能。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，當接收到的信號超過判決門限入時，判斷主用戶信號存在。在H0下，當接收信號超過判決門限時，則會作出錯誤的判斷。分別用Pd和Pf，來表示檢測到主用戶的概率(檢測概率)和錯誤判斷警報的(虛警)概率，對H．Urkowitz的研究結果進行簡化，可以得到通過無衰落的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，將會導致不能檢測主用戶信號的概率很大，這樣反過來就增加了對主用戶的干擾。如果Pf過高，則錯誤警報會使認識無線電用戶錯過許多頻譜利用的機會，導致頻譜利用效率低下。為了提高能量檢測的可靠行，最近關于這方面的研究主要集中在能量檢測器上。
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