双机协作的频谱感知算法
一种鲁棒的协作式认知无线电频谱感知方案
一种鲁棒的协作式认知无线电频谱感知方案无线电频谱感知是当前无线通信领域的热门话题，其中协作式的频谱感知方案受到越来越多的关注。
在现实应用场景中，多个通讯设备可能需要同时占用同一频段，因此频谱感知技术的准确性和可靠性就显得尤为重要。
本文将介绍一种鲁棒的协作式认知无线电频谱感知方案。
在该方案中，采用了分布式信道探测和频率估计技术，通过协作的方式进行数据处理和分析。
首先，通信设备会周期性地对自己所占用的频谱进行感知，以确保自己可以正常工作。
同时，设备也会监听周围环境中的信号，并将收到的信息汇总到中央节点进行分析处理。
在该方案中，采用了分布式估计算法进行数据分析处理。
中央节点将接收到的多个设备 sensing 数据进行加权合并，利用最大似然估计方法对频道质量进行判定，识别信号是否为噪声或者是有效信号。
同时，还利用卡尔曼滤波器对信号频率进行估计，提高了感知的准确性。
该方案的优点在于，它可以适用于不同的无线环境和通信协议，具有良好的鲁棒性和可扩展性，能够帮助设备有效地利用频谱资源，提高整个无线通信系统的性能。
同时，采用协作式感知方式，可以提高系统的覆盖范围和可靠性，让多个设备协作起来感知环境中的信号，共同来保障频谱的有效利用。
然而，该方案也存在一些挑战与局限性。
例如，中央节点需要对所有的 sensing 数据进行处理和分析，会受到通信时延、数据质量和计算资源等因素的影响。
同时，由于设备间的距离和传输环境的影响，数据的可靠性有限，可能会导致误判和错误估计。
因此，在实际应用中需要进行针对性地优化和改进，以提高方案的性能和可靠性。
综上所述，鲁棒的协作式认知无线电频谱感知方案是一种具有很高实用价值的技术，它将有助于提高无线通信系统的性能和效率，为未来的网络通信提供更好的支持。
随着技术的不断进步和应用场景的拓展，我们有理由相信，该方案将逐渐成为无线通信领域的主流方案之一。
认知无线电协作频谱感知算法研究
认知无线电协作频谱感知算法研究认知无线电协作频谱感知算法研究摘要：近年来，随着通信技术的迅速发展，无线电频谱资源逐渐紧缺。
而认知无线电技术作为一种新兴的无线通信技术，可以充分利用频谱资源，提高频谱利用效率。
频谱感知算法作为认知无线电系统中的关键技术之一，对于实现频谱资源的有效探测和利用至关重要。
本文主要针对认知无线电协作频谱感知算法进行研究，通过分析和比较不同感知算法的优缺点，旨在为认知无线电系统的设计和优化提供参考。
一、引言无线电频谱资源是通信中不可或缺的重要资源。
然而，由于传统无线通信技术对频谱资源的固定分配和保留，导致部分频谱资源被浪费和闲置，频谱利用效率低下。
认知无线电技术作为一种通过感知、决策和智能调整等方式，灵活利用频谱资源的技术手段，具有很大的应用前景。
二、认知无线电协作频谱感知算法认知无线电协作频谱感知算法是指在认知无线电网络中，利用感知技术对空闲频谱资源进行探测和利用的算法。
常见的感知算法包括能量检测法、循环谱估计法、功率谱密度估计法等。
2.1 能量检测法能量检测法是一种基于能量门限判断的频谱感知算法。
该算法通过测量接收信号的能量水平，判断信道是否处于空闲状态。
然而，能量检测法容易受到噪声的影响，对于低信噪比环境下的频谱感知效果较差。
2.2 循环谱估计法循环谱估计法是一种基于信号的统计特性进行频谱感知的算法。
该算法通过对接收信号进行时频分析，估计信号的功率谱密度。
循环谱估计法可以有效降低噪声的影响，提高频谱感知的准确性。
2.3 功率谱密度估计法功率谱密度估计法是一种基于信号平稳统计特性进行频谱感知的算法。
该算法通过频谱估计和功率谱密度计算，得到频谱资源的利用情况。
功率谱密度估计法可以在较低信噪比环境下实现较好的频谱感知效果。
三、算法比较和优化针对不同的频谱感知算法，本文对其优缺点进行了比较分析。
3.1 精度比较能量检测法由于容易受到噪声的影响，其频谱感知的准确性相对较低；循环谱估计法和功率谱密度估计法能够有效降低噪声的影响，提高频谱感知的准确性。
无线网络中的协作频谱感知综述
集 中式 、 分布 式 以及 使 用 或 没 有 充 分使 用 的 频 谱 资 源 。在 Ｃ Ｒ 网络 中 ， Ｃ Ｒ 用 户 通 据 的 角度 可 以将 协 作 频 谱 感 知 分 为 三 类 ： 找 到频谱机会 ． 这 样 的过 程 称 为频 谱 感知 。 频 谱 感 知 的 目标 有
集 中式 协 作 频 谱 感 知 如 图 １ 所 示 。Ｃ Ｒ ０是 Ｆ Ｃ ， Ｃ Ｒ１ ～ Ｃ Ｒ ５
知 的 性 能 的 重要 指 标 。依 据 奈 曼 一 皮 尔逊 准 则 ， 要提 高 Ｃ Ｒ用
政 策 大 大降 低 了频 谱 资 源 的利 用 率 。 美 国 部 分 城 市 的 频 谱 利 用率不超过 ３ ０ ％ ．我 国 珠 三 角 地 区的 频 谱 利 用 率 平 均 每 天 不 超过 ２ ０ ％， 许 多频 谱 几 乎 闲 置【 ” 。 为 了 解 决这 一 问题 ， 认 知 无 线
它 们执 行 本 地 感 知 并 报 告 结 果 给 Ｃ Ｒ ０ 。其 中 ， 融 两个 ： ①ＣＲ用 户不能 因为切换到 一个可用的频谱上 而干扰到 是 协 作 用户 ． 主用 户； （ ｃ Ｒ用户应该按 需高效识别和 利用频谱 空洞 ， 以提 合 中心 Ｆ Ｃ控制着协作过程的三部 曲：① Ｆ Ｃ选择 一个信道 发 高吞 吐 量 和 服 务 质 量 。 因此 ， 频谱 感 知 的检 测性 能好 坏 对 主 用 户和 Ｃ Ｒ 网络 的性 能都 至 关重 要 。在 频 谱 感 知 中 ， 检 测性能的 好 坏 主 要 由 两 个指 标 来衡 量 日 ： 虚警概 率 Ｐ ｆ 和 漏 检概 率 Ｐ 。虚
电（ Ｃ ｏ ｇ ｎ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｒａ ｄ ｉ ｏ， ＣＲ） 应运 而生， 它 可 以 利 用 频 谱 空穴 ， 让 非
频谱感知算法演示版
频谱感知算法演示版频谱感知算法是一种用于无线电通信系统的关键技术，通过对无线电频谱的实时监测与感知，可以有效地提高频谱利用率、减少干扰，为无线通信提供更好的服务。
本文将介绍频谱感知算法的原理和应用，并根据实际情况进行一次演示。
频谱感知算法的原理是基于无线电通信系统中的主动监听和动态频谱分配。
传统的频谱分配方式是静态分配，即将一定频谱范围内的频率资源按照特定规则分配给不同的用户或系统。
但这种分配方式存在很大的浪费和低效问题，因为不同时间和空间上的频率资源利用率会有很大差异。
1.频谱监测：频谱感知设备首先对指定频谱范围内的信号进行采集和分析，获取到该范围内的频率分布和信号强度等信息。
2.频谱解析：通过对采集到的信号进行解调和解码，频谱感知设备可以分析不同信号的频谱占用情况和使用模式，找出频谱资源分配的规律和差异。
3.频谱评估：根据频谱分析的结果，频谱感知设备可以评估当前频谱资源的利用率和可用性，以便进行下一步的频谱分配决策。
4.频谱分配：基于频谱评估的结果，频谱感知设备可以动态分配频谱资源给需要通信的用户或系统，以最大限度地提高频谱利用率和减少干扰。
频谱感知算法的应用非常广泛，可以用于各种无线通信系统中。
例如，在移动通信中，频谱感知算法可以用于智能天线系统，即根据当前的信道状态和负载情况，动态地选择最佳的接收和发送天线，以提高通信质量和容量。
在物联网中，频谱感知算法可以用于协调多种无线设备的频谱使用，避免干扰和冲突。
在无线传感器网络中，频谱感知算法可以用于动态调整节点的通信频率和功率，以实现能耗优化和网络自适应。
下面通过一个演示来说明频谱感知算法的具体应用。
假设有一个无线通信系统，其中包括若干个用户和一个频谱感知设备。
首先，频谱感知设备需要对所有可能的频率资源进行监测，并记录下当前的占用和信号强度信息。
然后，频谱感知设备可以根据这些信息对频谱资源进行评估，找出可用的频率资源。
接下来，频谱感知设备可以根据用户的通信需求和信号质量要求，动态地分配可用的频谱资源给不同的用户。
认知无线电中自适应分步合并协作频谱感知算法
认知无线电中自适应分步合并协作
频谱感知算法
认知无线电中的自适应分步合并协作频谱感知（Adaptive Step-Merging Cooperative Spectrum Sensing, ASMCS）是一种基于多个用户间协作的频谱感知算法。
该算法在认知无线电系统中有着重要的应用，它能够提高信道传输性能，减少不必要的信道冲突，具有频谱利用率高、功耗低的优点。
ASMCS的原理是将认知无线电系统中的多个用户之间连接起来，形成一个协作传感网络，有效发挥用户之间的协作能力，从而大大提高信道访问的效率。
在ASMCS的算法中，所有的用户都可以使用相同的频谱带宽，通过节点间的信息传输，来实现对信道状态的检测及决策处理。
首先，所有的用户都需要搜集自己所在区域的频谱状态信息，通过检测上行链路上的信号强度来判断信道的状态，将收集到的信息上报给网络中心，即网络协调者，由协调者收集所有节点的频谱状态信息，根据信息来决定分配频谱资源。
然后，网络协调者根据所有节点的频谱状态信息来分析频谱的使用情况，并将信息分段传输给所有参与节点。
节点接收到信息后，根据自身的频谱状态信息，更新自己的信道资源，并将更新后的信息反馈给协调者，以此实现对频谱的动态调度。
在ASMCS算法中，每个节点只需要收集周围的频谱状态信息，而不需要收集全部网络中的频谱状态信息，这样可以大大减少网络中的传输和处理负载，提高系统的效率。
同时，ASMCS也可以有效地减少信道冲突，降低网络中的信道占用率，从而提高对信息的传输效率。
总之，自适应分步合并协作频谱感知算法在认知无线电系统中有着重要的应用，它能够提高信道传输性能，减少不必要的信道冲突，具有频谱利用率高、功耗低的优点。
双机协作的频谱感知算法
双机协作的频谱感知算法
郝博雅;周辉;孙斌
【期刊名称】《四川兵工学报》
【年(卷),期】2012(033)002
【摘要】根据新阶段提出的多机协同空战的作战体系,结合实际应用情况,提出了一种双机协作的频谱感知算法。
该算法主要通过调整门限,达到增强检测性能,及时发现频谱空穴的目的。
进行了仿真分析,仿真结果验证了该算法的优越性。
【总页数】3页(P114-116)
【作者】郝博雅;周辉;孙斌
【作者单位】装备学院,北京101416／中国人民解放军63961部队,北京100012;装备学院,北京101416;装备学院,北京101416
【正文语种】中文
【中图分类】TN927
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多天线感知无线电中的协作频谱感知算法
3.1 最优功率分配方案 AF 中继策略下， 将感知网络的中继信道模型化 2N r 个输出的虚拟 MIMO 信道。 于是， 为 N 个输入， 式(1)，式(2)和式(5)可以简写为 y = HFx1 + n (6) y ⎡ 1,d ⎤ 其中 y = ⎢y ⎥ ； H 表示虚拟 MIMO 信道的频率响 ⎢ 2,d ⎥ ⎣ ⎦
图 2 TDMA 时隙传输示意图
第 1 个时隙，U 1 广播信息符号 x1 ，U 2 和接收 机分别接收信息 y1,2 和 y1,d ，接收信号表达式分别为 y1,2 = H 1,2Fx1 + n2 (1)
y1,d = H 1,d Fx1 + nd
(2)
其中， H 1,2 ， H 1,d 分别表示U 1 到U 2 和接收端 Rx 的 信道频率响应矩阵； 发射符号矢量 x1 是高斯分布的， H 满足 E [x1x1 ] = I ； F 是预编码矩阵， U 1 的发送功 率满足 P = Tr (FF H ) ； n2 ， nd 分别表示U 2 和接收
Fopt = Udiag( P1 , ", PN )
C AF = 0.5 × ∑ i =1 log2 (μλi )
N N
图 4 MIMO 信道分解成平行传源自子信道(10) (11)将式(10)代入式(7)，得到感知网络容量的表达式 接下来考虑总发射功率 Pt 受限时如何决定最优 由式(11)得到 C AF 是 P 的上凸 功率 P 来最大化 C AF 。 函数，必然出现一个最佳 P 值使得 C AF 取最大值， 但由于不能给出具体表达式，本文提出一种使用下 面的迭代算法的功率分配方案[11]。 第 1 步 初始化，设定 φ 为一个小值，并且 P = Pt ，于是 β = 0 。对 R 进行奇异值分解，利用 注水定理将 P 分配到 N 个特征子信道。从式(11)中 可以得到初始容量值 C AF 。 第2步 令 P = P − φ ，对 R 进行奇异值分解， β 用式(4)，用式(11)计算 C AF 。 第3步 重复第2步，直到 C AF 不再增加为止。 图 3 是最大化感知网络容量 C AF 的算法流程：
认知无线电中的协作频谱感知技术
0引言无线电频谱资源是十分有限的,授权用户(主用户)可以独享该授权频段,而在主用户处于休眠状态时,该授权频段处于空闲状态,这样导致了频谱资源的浪费。
频谱资源匮乏和授权频段利用率低下的矛盾日益突出,认知无线电被认为是目前解决这一矛盾最有潜力的通信技术之一[1]。
认知无线电(Cognitive Radio,CR)的概念是MITOLA J博士于1999年最早提出[2],其核心思想是通过感知周围环境中的可用频谱资源,在对主用户不产生干扰的前提下使用该频谱,以提高频谱利用率[3]。
实现对主用户通信不受影响,在次用户接入前,在此特定的时间和空间内对所在的频谱资源利用情况进行有效检测,这就是频谱感知技术[4]。
认知无线电频谱感知技术能够有效提高频谱利用率、缓解频谱资源短缺的压力。
自CR的概念被提出,在理论和实际应用方面都取得了巨大的发展。
其中具有代表性的是,由美国国防高级研究计划署(DAPRA)资助的下一代无线通信(XG)项目主要研究系统方法和关键技术,以实现基于认知无线电技术的动态频谱应用[5];德国Karlsruhe大学的JONDRAL F K教授在文献[6]中提出了频谱池基本思想,频谱共享池将一部分分配给不同业务的频谱合并成一个公共的频谱池。
国内在认知无线电频谱检测技术方面也取得了显著的研究成果,重庆大学的冯文江[7]等人对加性高斯白噪声信道下能量检测法进行了研究,并比较了能量检测法下认知用户单独检测、协作检测以及采用多样性技术来检测授权用户的性能;文献[8]提出一种基于循环平稳检测的集中式协作频谱感知机制,在保证感知能力的基础上有效降低系统认知无线电中的协作频谱感知技术聂慧锋1,徐声海2(1.中国船舶重工集团公司第七二三研究所,江苏扬州225001;2.中国人民解放军海军装备部驻上海地区军事代表局驻扬州地区军事代表室,江苏扬州225001)摘要:频谱资源匮乏是目前通信领域遇到的一个难题,缓解频谱资源短缺的一个有效方法是频谱感知技术,它可以实现频谱的动态利用,提高频谱的利用率。
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前所研究 的合作 频谱检测都是在假设 认知 用户 的平 均信噪 比相
同， 判决 门限初始值相 同的情况下 进行 的 ， 献 ［ ］ 为这是 基 文 ８认
图 １ 能 量检 测 方 框 图
本合理 的。而文献［ ］ 出， ７提 在实际环境 中， 由于衰落 、 阴影 等因
素 的影 响 ， 会造成认知用 户的信噪 比不相等 ， 在这种 情况下 如果 仍 然假设各认 知用户 的 门限取值 相 同 ， 必然会 导致 合作 频谱 检 测性能 的下 降。所 以本文提 出的双 机协作 的频谱感 知算法结 合 实际应 用 ， 主要 针对信 噪 比不 同的情况下 ， 取不 同的 门限 ， 选 并
采集与处理方 面的研 究。
郝博雅 ， ： 等 双机协 作 的频谱 感 知算 法
１
１５ ｌ
对于信噪 比略低 的无 人机 ２ 需要 降低无 人 机 ２的虚 警概 ， 率， 达到无人 机 １和无 人机 ２的信噪 比的相对平衡 ， 可得
＝Ｊ — ＰＦＲ一 尸 （ ＿ ０ ） （ １ １）
ｔ ： ｔ ＝ ｈ ｔｓ ｔ Ｈｌ （） （） （）＋ｎ ｔ （）
（ １ ）
Ｐ ｄ＝Ｐ （ ｒ
ＡＩ ）＝ 口 （
（） ３
其 中：（） ｔ是接 收信 号 ； ｔ是授权用户发送信号 ；（） ｓ） （ ＾ ｔ是信道 响
应 ；（） ｎ ￡表示均值 为 ０， 方差 为 的加 性 白噪声 ； 表示 频段 占
如果积 累的能量高于一定 门限 ， 明有信 号存 在 ， 则说 如果低
于一定 的门限 ， 则说 明仅有 噪声 。根据 Ｈ． ｒｏ ｉ 【 的研 究 ， Ｕ ｋｗｔ ４ ｚ 当
仅有噪声存在 时 ， 检验统计量 ｙ服从 自由度为 ２ Ｗ 的 中心 分 Ｔ 布； 当授 权用户信号存在时 ， 检验统计量 Ｙ服从 自由度为 ２ Ｗ的 Ｔ 非 中心 分布 。其 中 ， 中心参 数为 ＝Ｅ／ ， 为授权 用户 非 Ⅳ 信号能量 ， 为双边噪声功率谱 密度 ， 为信号带宽 ， ＾ 即
第３ ３卷
第 ２期
四 川 兵 工 学 报
２１ ０２年 ２月
【 光学工程与电子技术】
双 机 协 作 的频 谱 感 知 算 法
郝博雅 ， 周 辉 孙 ，
（． １ 装备学 院 ， 北京
斌
１０ １ ） ００ ２
１１１ ； ． ０ ４ ６ ２ 中国人 民解放 军 ６ ９ １ 队， 京 ３６ 部 北
＝
Ｐ（，＞ ＡＩ ） ＝ Ｑ（ － ｒ１
；
用， 认知用户 不 可 以 接入 ； 表示 频 段 空 闲 ， 以被 认 知 用 户 风 可
使用 。 ．
２Ⅳ
）
（） ４
收 稿 日期 ：０ １ ２—２ ２ １ —１ ５
作者简 介 ： 郝博雅 （９５ ）女 ， １８一 ， 硕士研究生 ， 主要从 事微弱信号检测研究 ； （９６ ）女 ， 周辉 １５一 ， 教授 ， 士生导师 ， 从事信 号 博 主要
中图分类号 ：Ｎ ２ Ｔ ９７ 文献标识码 ： Ａ 文章编 号 ：０６— ７ ７ ２ １ ）２— １４— ３ １０ ０ ｏ （０ ２ ０ ０ １ ０ １２ 单用户检测原理 ．
在 近年的战争 中， 无人机发挥 了越来越重要 的作 用 ， 主要 承 担 了攻 击 、 侦查 、 救 、 搜 预警 和后 勤保 障等任 务 。尤 其在 障 碍物 众多、 地形复 杂以及恶劣环境 中执行 任务时 ， 更迫 切需要高 性能 的无人 机 ， 此提 高 无 人 机 作 战能 力 成 为 现 代 战 争 的迫 切 需 因
采用 能量检测算法 ， 这种算 法最 大 的优势 是不需 要 知道 信 号 的具体形式 ， 在特定 的时间间隔 内测 量输入信 号 的能 量 ， 具体
原理是将 输入信号首先通过 一个带 宽为 的带通 滤波 器 ， 获取 感兴趣 的频段 ， 然后进行平方运算 ， 通过 积分器在 一段 时间 内 进行积 累 ， 图 １ 如 所示 Ｊ 。
（ ２ ）
这里假设 门 限值 为 ，Ｔ ＞２ ０ 根 据 中心极 限 定理 ， 以 ２ Ｗ￣ ５ ， 可 用高斯分 布对 ２种假设 量进行近似 ， 能够得到 较好 的效果 ， 并 此 时式 （ ） （ ） 分别 近似为 ３和 ４可 ： ）
Ｎｔ￣２ ｒ
假设一个二 元检验 ：
ｆ ‘ （ ： ） （ 源自进行适 当调 整 ， 达到增强合作 频谱检测性能 的 目的。
『 ｙ 下 ∑ｎ ￡一 ２ 风：＝ １ ２ ） （
１ 基于双机协 作的频谱感知算 法原理与分析
１ １ 频 谱 感 知 系 统 模 型 ．
｛ 【
Ｈ：＝ ｌ 专∑（ ）ｎ 仰 ２ Ｙ 十㈤）～ （ ） ｙ
： ０
要 。但是在信息 化战场上 ， 面临很多新 的问题 ， 也 一是 由于类 似无人机 的飞行器数 量不 断增 加 ； 二是 战场 电磁 干扰 的不 断增
大…； 三是频谱资源 日益匮乏 ， 以频谱空 穴 的发 现和利用 显得 所
尤其重 要。
目前 ， 认知无线 电 中的频谱感 知技 术是 发 现频 谱空 穴 的最 佳方法 ， 也是提高频谱资源利用 率的关键技术 。文献 ［ ］ 出 目 ８提
其 ：（ ＝Ｖ盯ｅ（￡２ ｔ ： 高 噪 的 差 中 Ｑ ） ｌ ｐ＿ ／ｄ仃为 斯白 声 方 ； －ｆ ）； 二 ｘ
ｒ 示 认知用户 的信 噪比。 表
１ ３ 双机协作的频谱感知算 法 ．
其 中： 为判决门限的调 整 因子 ， 于 ２ 是关 架无 人机 信 噪 比 １ 和
摘要 ： 据新 阶段提 出的多机协 同空战的作战体系 ， 根 结合实际应用情况 ， 提出 了一种双机协作 的频谱 感知算法 。该算法 主要
通 过调整 门限 ， 达到增强检测性 能 ， 及时发现频谱空 穴的 目的 。进行 了仿真分析 ， 仿真结果验证 了该算法 的优越性 。 关键词 ： 协作频谱 感知 ； 能量检测 ； 无人机