認(rèn)知無線電中的頻譜空洞檢測(cè)技術(shù)

摘要：認(rèn)知無線電是一種基于軟件無線電的智能的無線通信系統(tǒng)，它能夠認(rèn)知周圍環(huán)境，并能夠通過一定的方法相應(yīng)地改變某些工作參數(shù)來實(shí)時(shí)地適應(yīng)環(huán)境，從而達(dá)到提高頻譜利用率、緩解頻譜資源緊張的目的。認(rèn)知無線電的首要任務(wù)是檢測(cè)頻譜的空洞。通常用在認(rèn)知無線電中的非參數(shù)譜估計(jì)的方法主要包括多窗譜估計(jì)、Welch方法等。多窗譜估計(jì)算法在進(jìn)行干擾溫度的估計(jì)和頻譜空洞的判定時(shí)，能夠利用設(shè)立的多個(gè)傳感器對(duì)環(huán)境信號(hào)進(jìn)行接收和監(jiān)測(cè)，并按照多窗譜估計(jì)與奇異值分解(MTM-SVD)算法進(jìn)行處理獲得干擾溫度估計(jì)值，最后將其與干擾溫度限比較判決，從而得到適合認(rèn)知無線電系統(tǒng)應(yīng)用的頻譜空洞。

　　自1999年認(rèn)知無線電技術(shù)被提出以來，該技術(shù)就受到業(yè)內(nèi)人士的普遍關(guān)注，被譽(yù)為是繼超無線寬帶(UWB)技術(shù)之后的另一個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)。

通常的認(rèn)知無線電系統(tǒng)能夠利用具有感知功能的無線通信設(shè)備，在不影響授權(quán)用戶使用的前提下，通過感知頻譜環(huán)境，采用“伺機(jī)”的方式非授權(quán)的使用某些頻段，從而形成網(wǎng)絡(luò)并達(dá)到良好通信效果。

美國電氣電子工程師學(xué)會(huì)(IEEE)于2004年10月正式成立IEEE 802.22工作組，其目的是研究無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（WRAN），而認(rèn)知無線電技術(shù)就是WRAN中的關(guān)鍵。美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）2003年12月就相當(dāng)于美國“電波法”的《FCC規(guī)則第15章》，公布了修正案，只要具備認(rèn)知無線電功能，即使是其用途未獲許可的無線終端，也能使用需要無線許可的現(xiàn)有無線頻帶，F(xiàn)CC在推進(jìn)智能無線技術(shù)的同時(shí)還將放寬有關(guān)限制。

同時(shí)，IEEE 802.16也成立了IEEE 802.16h工作組，致力于改進(jìn)諸如策略和媒體接入控制增強(qiáng)等機(jī)制以確保基于IEEE 802.16的免許可證系統(tǒng)之間的共存，以及與有主要使用者的系統(tǒng)之間的共存。IEEE 802.16h使WiMAX能夠滿足FCC的要求，作為次要使用者使用空白的地面電視頻道，它的核心也是認(rèn)知無線電技術(shù)。

1 認(rèn)知無線電中的環(huán)境感知

認(rèn)知無線電是可以感知外界通信環(huán)境的智能通信系統(tǒng),它通過自適應(yīng)地調(diào)整其自身內(nèi)部的通信機(jī)理來達(dá)到對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)。這樣的自適應(yīng)調(diào)整一方面是為了改進(jìn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，另一方面是為了提高頻譜資源的利用率。從而達(dá)到在任何時(shí)刻、任何地點(diǎn)提供可靠的通信，并且能夠高效地使用無線頻譜資源的目的。

在其工作區(qū)域中，認(rèn)知無限電系統(tǒng)需要感知并分析該工作區(qū)域的頻段，找出適合通信的“頻譜空洞”，在不影響已有通信系統(tǒng)的前提下伺機(jī)工作。從認(rèn)知無線電工作流程上看，最先進(jìn)行的工作是對(duì)該地?zé)o線信道環(huán)境的感知，即頻譜檢測(cè)和“空洞”的搜尋與判定。也就是說，頻譜環(huán)境的感知是認(rèn)知無線電技術(shù)成立的前提和先決條件，只有在環(huán)境感知和檢測(cè)的基礎(chǔ)上，才能夠進(jìn)行資源的使用和通信。