[毕业设计精品答辩PPT]认知无线电中的频谱感知技术研究

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1、1 研究背景2 认知无线电中的关键技术3 频谱感知4 仿真及结果分析 随着无线通信需求的不断增长,当前固定的频谱分配政策已不能满足人们的需求,因此人们提出了认知无线电技术,可以从时间和空间上充分利用那些空闲的频谱资源,从而有效解决了频谱资源的不足,提高频谱资源的利用率. 认知无线电的基本出发点就是：在不影响授权频段的正常通信的基础上,具有认知功能的无线通信设备可以按照某种“机会方式接入授权的频段内，并动态地利用频谱 研究背景 频谱检测技术 频谱分析技术 自适应频谱资源分配技术 动态信道分配技术 自适应功率控制技术 其他的研究方向还包括认知无线电网络的路由设计、认知无线电网络的安全问题、传输层协

2、议及其跨层设计等。 频谱感知是认知无线电系统的基本功能,是实现其它功能的前提.频谱感知的目的是发现频谱空穴,同时不能对主用户造成干扰, 频谱感知方式一般包括：发射源检测，合作检测和基于干扰温度的等。如图所示：1 匹配滤波器检测 所谓匹配滤波器是指输出信噪比最大的最佳线性滤波器。优点：优点：接收信噪比最大化，由于相关运算耗时较少且可达到较高的处理增益，因此只要信噪比达到一定的门限即可实现检测。缺点：缺点：需要主用户在物理和MAC层的先验知识，解调信号需要同步相干检测，计算较复杂，因为对于每个特定的主用户需要一个专用的接收机。匹配滤波法只能应用于对授权用户信息比较了解的频谱环境当中，当不能预先知晓

3、主信号的信息时无法采用该检测方法。2 能量检测 能量检测法是一种比较简单的信号检测方法，属于信号的非相干检测，直接对时域信号采样值求模，然后平方即可得到；或利用FFT转换到频域，然后对频域信号求模平方也可得到。它无需知道检测信号的任何先验知识，对信号类型也不作限制。优点：优点：非相干检测，简单易用，采用更长的T可以减小噪声，提高SNR，是目前最主要的检测主用户的手段。不需要知道信号的先验信息，在实现上也非常简单。缺点：缺点：性能容易受到噪声功率不确定性的影响；无法区分调制信号,干扰信号和噪声信号，即使门限值可以自适应设定，对于带内干扰，它仍会产生误判，而且无法利用干扰对消；在低信噪比的情况下，

4、信号淹没在噪声中，用能量检测法的局限性很大；不能用于扩频信号(包括直接序列扩频和调频信号)的检测。3 周期平稳过程特征检测优点：优点：信号冗余的突出特征使得信号有了选择的余地。抗噪声性能好，不受噪声功率不确定性因素的影响。循环平稳检测比能量检测有更好的鲁棒性。缺点：缺点：计算量大，需要很长的观察时间。检测算法检测算法适用范围适用范围优点优点缺点缺点匹配滤波算法认知用户知道主用户的信息检测时间短需要先验信息，需要精准同步能量检测认知用户不知道主用户的信息实现简单，不需要先验信息对噪声不确定性敏感，检测时间较长，不能区分信号类型周期特性检测主用户信号具有周期平稳特性 可以区分噪声和信号类型，以及干

5、扰，检测灵敏度高计算复杂度高4 合作检测 合作频谱感知利用信道的广播特性和空间分集特性。优点：优点：合作检测比单用户检测提高检测率，能够减小阴影和多径衰落的影响，效果要更好，更准确的检测主用户。缺点：缺点：增加了工作量，花销更大，有可能产生拥塞，不能确定主用户接收方的位置。合作检测算法主要用于灵敏度要求很高的环境中。5 基于干扰温度的检测 干扰温度被定义为主用户被CR用户干扰的部分。优点：优点：可以完全控制对主用户的干扰。缺点：缺点：必须提前知道主用户接收机的相对位置；没有考虑多个CR用户同时传输引起的累加干扰的影响。干扰温度包含理想模型与广义模型.干扰温度理想模型只在检测到主用户信号的频点处

6、应用干扰温度模型，而干扰温度的广义模型必须在全频段应用干扰温度模型。 干扰温度检测仿真 图中的5个主用户信号分别是载波频率为1000,2000,3000,4000,5000,采样频率为12000的条件下的抽样信号。该图是在主用户1未使用该频段的情况下所检测到的频谱图，即该频段有频谱空穴。所以认知用户可以以机会方式动态接入该授权频段。该图是在加入噪声后且信噪比为10dB的情况下所检测到的频谱图。从图中可以看出主用户1未使用该频段，即存在频谱空穴。所以，认知用户可以动态使用该频段。该图是在信号轻微衰减的情况下所检测到的频谱图，可以看出该图与信噪比为10dB的结果差不多。因为只要衰减系数小干扰温度的

7、门限值就可以了，所以信号的衰减对干扰温度检测模型的影响不大。该图是在百分之百的衰减情况下所检测到的频谱图。我们从图中可以看出检测到的频谱空穴是错误的。所以，在百分之百的衰减情况下，周期检测法所检测到的频谱图是不准确的。能量检测仿真图中的信号是信号样本为300，采样频率为100Hz，码元速率为50B/s,载波频率为40Hz的调制信号。该图是主用户信号加上随机噪声后的信号。该图是先利用FFT把检测到的主用户时域信号转换到频域，然后对频域信号求模平方后所得出的频谱图。从图中可以看出能量检测法可以很好的检测出频谱空穴。周期检测仿真该图中的主用户信号是在采样频率为100Hz，载波频率为40Hz，码元速率为50B/s,循环周期为40的条件下的调制信号。从图中可以看出不同的窗函数的检测性能是不一样的，矩形窗函数的检测性能最好，海明窗与blackman窗函数的检测性能最差。 谢 谢