认知无线电的频谱检测技术解析
OFDM中认知无线电频谱检测
OFDM中认知无线电频谱检测摘要：简述了认知无线电的背景和概念,介绍了认知无线电常用的两种检测方法：匹配滤波器法和能量检测法。
针对认知无线电和OFDM系统的特性提出了认知OFDM系统授权用户检测方法，该方法是基于OFDM的能量检测法。
仿真表明通过选择适当的判决门限可以使系统总的误检概率最小，并通过感知时间优化，可以有效地提高认知OFDM系统的信道传输效率。
关键词：认知无线电； OFDM；匹配滤波器法；能量检测法；感知时间无线电通信频谱是一种宝贵的资源，目前采用的是基于频谱授权的静态频带分配的原则。
随着无线通信技术的高速发展，无线电用户数量急剧增加，频谱资源贫乏的问题日趋严重。
认知无线电基于软件无线电，是一种用于提高无线电通信频谱利用率的新的智能技术[1]。
具有认知功能的无线通信设备可以感知周围的环境，并能根据输入激励的变化实时地调整其传输参数，在有限信号空间中以最优的方式有效地传送信息，以实现无论何时何地都能保证通信的高可靠性和无线频谱利用的高效性。
认知无线电的一个认知周期要经历3个基本过程：感知频谱环境、信道识别、功率控制和频谱管理。
认知无线电技术最显著的特征是能够感知并分析特定区域的频段，找出适合通信的“频谱空穴”，利用某些特定的技术和处理，在不影响已有通信系统的前提下进行工作。
因而,认知无线电系统传输信号时首先要感知该地无线电频谱环境，即频谱检测和“频谱空穴”搜寻与判定[2]。
下一代移动通信的链路层调制方式主要采用OFDM形式，因此认知无线电与OFDM系统之间的频谱共享已是必然趋势。
OFDM 的多载波调制技术以及自适应型功率分配给认知无线电更带来了巨大的灵活性。
本文采用能量检测法，将认知无线电频谱空穴检测与OFDM相结合，提出了一种多载波检测方法。
1 认知无线电信号检测方法 1.1 匹配滤波器检测法匹配滤波器是信号检测中的一种比较常用的方法，它能使接收信号的信噪比最大化。
在认知无线电设备中使用匹配滤波器，实际上完成的是解调授权用户的信号，这样认知无线电用户就要知道授权用户的物理层和媒体控制层的信息：调制方式、时序、脉冲形状、封装格式等，利用这些信息来实现与待检测信号在时域和频域上的同步，从而解调信号[3]。
基于认知无线电的频谱检测算法研究
基于认知无线电的频谱检测算法研究基于认知无线电的频谱检测算法研究摘要：随着移动通信的迅速发展，无线通信系统对频谱资源的需求不断增加。
然而，频谱资源是有限的，因此有效地管理和利用频谱资源变得至关重要。
认知无线电（Cognitive Radio，CR）是一种智能无线通信技术，通过对无线电频谱进行实时感知和学习，可以实现对频谱资源的高效利用。
频谱检测算法是CR系统中的重要组成部分，它负责探测并识别当前可用的频谱。
本文首先介绍了认知无线电和频谱感知的基本概念，然后分析了目前常用的频谱检测方法及其存在的问题。
接着，本文详细介绍了几种基于认知无线电的频谱检测算法，并对其进行了比较和分析。
最后，本文对未来的研究方向给出了展望。
关键词：认知无线电、频谱感知、频谱检测、算法、无线通信1.引言随着移动通信的快速发展，无线通信系统对频谱资源的需求不断增加。
然而，频谱资源是有限的，因此需要有效地管理和利用频谱资源。
为了提高频谱利用效率，认知无线电技术被广泛应用。
认知无线电是一种智能无线通信技术，它通过对无线电频谱进行实时感知和学习，可以实现对频谱资源的高效利用。
2.认知无线电和频谱感知2.1认知无线电认知无线电（Cognitive Radio，CR）是一种利用智能无线电设备和技术解决频谱资源短缺问题的技术。
CR设备具有自适应、自动化和智能化的特点，能够对无线电频谱进行实时感知、学习和决策，以实现对频谱资源的高效利用。
2.2频谱感知频谱感知是CR系统中的关键技术之一，它负责对无线电频谱进行实时感知、分析和识别。
通过频谱感知，CR设备可以获取当前可用的频谱资源，以便选择合适的频谱进行通信。
3.常见的频谱检测方法及问题分析目前，常见的频谱检测方法包括能量检测、周期性检测、协方差检测等。
然而，这些方法都存在一定的问题。
能量检测方法容易受到噪声的影响，周期性检测方法对信号的周期性要求较高，协方差检测方法对信号的统计特性要求较高。
无线电频谱测量与分析技术研究
无线电频谱测量与分析技术研究随着无线通信的普及和无线电技术的快速发展，无线电频谱已成为非常重要的资源。
频谱资源的合理利用，事关无线电通信的稳定、效率和安全。
而无线电频谱测量与分析技术，则是实现频谱资源的有效管理和利用的核心技术之一。
一、无线电频谱测量技术无线电频谱测量技术主要是指对无线电信号进行测量和分析，并从中提取有用信息的技术手段。
无线电频谱测量技术的发展，可以分为以下几个阶段。
1. 传统频谱测量技术传统频谱测量技术主要依靠频谱分析仪进行测量和分析。
频谱分析仪通过将无线电信号进行傅里叶变换，将信号从时域转换到频域，可以得到信号的频谱分布图，从而进行频率、功率、带宽等参数的测量与分析。
2. 宽带频谱测量技术随着无线电频谱利用的需求增加，频率资源日益紧张。
为了更加有效地利用频谱资源，出现了宽带频谱测量技术。
宽带频谱测量技术可以一次性对频段内的所有信号进行测量和分析，可以获得全局性的频谱信息，提高频谱利用效率。
3. 多天线阵列频谱测量技术多天线阵列频谱测量技术是一种利用天线阵列对频率资源进行全频段、高精度、高时空分辨率的测量与分析技术。
多天线阵列可以实现空间滤波，将来自不同方向的信号分离出来，从而获取更加准确的信号信息。
二、无线电频谱分析技术无线电频谱分析技术是指对测量到的无线电信号进行分析，从中提取出有用的信息，如信号类型、频率、调制方式、功率等。
无线电频谱分析技术的发展也经历了不同的阶段。
1. 信号识别与分类信号识别与分类是无线电频谱分析技术的核心内容。
它可以通过对信号的功率、调制方式、扩频方式等特征进行分析，识别出不同类型的信号，如模拟信号、数字信号、脉冲信号、扩频信号等。
信号识别与分类可以为频谱管理提供有力的支撑，也是频谱干扰诊断和抗干扰的关键技术。
2. 地理信息系统（GIS）集成应用地理信息系统是一种集成地理空间数据、空间数据分析和空间信息展示的计算机系统。
将无线电频谱分析技术与GIS技术进行集成应用，可以更加全面地展现频谱资源的时空分布，实现频谱资源的智能化管理与利用。
认知无线电的频谱感知技术的分析
认知无线电的频谱感知技术的分析发布时间：2021-05-17T05:02:04.121Z 来源：《现代电信科技》2021年第2期作者：宫琦刘嫒玲[导读] 认知无线电频谱感知技术是一种智能无线电通信技术。
认知无线电感知的主要任务是频谱感知，本文提出了频谱测量技术发射机检测。
（武警辽宁省总队辽宁沈阳 110000）摘要：认知无线电频谱感知技术是一种智能无线电通信技术。
认知无线电感知的主要任务是频谱感知，本文提出了频谱测量技术发射机检测。
由于无线电技术的灵活性，可以大大提高频谱利用率。
它被认为是解决负荷问题的最佳方法。
认知无线电通信是一种智能通信系统，它能实时接收周围的通信情况并跟踪发射机参数，采用动态频率控制来提高频率的利用率。
高可靠性频率捕获是保证频率共享的关键技术。
本文讨论了协调波识别、能量控制、静态循环函数和联合识别等频率传感器技术，分析了不同方法的特点。
关键词：无线电；频谱感知技术；分析；认知1、前言随着人类社会对射频资源需求的不断增加，这些资源已经成为信息社会的稀缺资源。
在这种情况下，认知无线电技术应运而生。
通过固定频率的分配策略，可以有效地解决频谱资源分配不当的问题，在分析频差的基础上，这是有效利用非频率资源进行研发的重要方法。
目前，频谱作为认知无线电通信的一项关键技术，其研究越来越受到人们的关注，更重要的是，它正在被研究之中。
在成功接收频谱的基础上，认知无线电的其他部分，包括频率控制模块，也能正常工作。
因此，频谱感知能力直接决定了认知无线电系统的效率。
在给定时间和地理位置由未经授权的用户信号确认的频谱搜索。
如果能找到这样一个空频谱，它将被用作认知无线电系统的频谱信号。
对于认知无线电接收机，即使已经确定噪声发生在某个频率范围内，也必须确定无线电是否有其他认知无线电信号检测到频率。
2、现状2.1技术的研究意义频谱捕获、未探测频率的探测和频谱资源的动态管理是放射性核素技术应用的两个重要方面。
认知无线电中的频谱空洞检测技术
摘要：认知无线电是一种基于软件无线电的智能的无线通信系统，它能够认知周围环境，并能够通过一定的方法相应地改变某些工作参数来实时地适应环境，从而达到提高频谱利用率、缓解频谱资源紧张的目的。
认知无线电的首要任务是检测频谱的空洞。
通常用在认知无线电中的非参数谱估计的方法主要包括多窗谱估计、Welch 方法等。
多窗谱估计算法在进行干扰温度的估计和频谱空洞的判定时，能够利用设立的多个传感器对环境信号进行接收和监测，并按照多窗谱估计与奇异值分解(MTM-SVD)算法进行处理获得干扰温度估计值，最后将其与干扰温度限比较判决，从而得到适合认知无线电系统应用的频谱空洞。
关键词：认知无线电；频谱空洞探测；干扰温度Abstract: Cognitive radio, built on a software-defined radio, is an intelligent wireless communication system. It is aware of its environment, and it uses the methodology of "understanding-by-building" to learn the environment. Its objectives are to efficiently utilize the radio spectrum and to solve the problem of radio electromagnetic spectrum scarcity. The primary task of cognitive radio is to detect spectrum holes. There are two methods of detecting spectrum holes: the Multitaper spectral estimation and the Welch method. Multitaper Method-Singular Value Decomposition (MTM-SVD) is used to estimate the interference temperature and detect the spectrum hole: this method utilizes sensors to receive and detect the environmental signals, and it will then estimate the interference temperature, and compare it with the defined limit to find the spectrum holes that adapt to the cognitive radio system.Key words: cognitive radio; spectrum hole detection; interference temperature基金项目：国家自然科学基金重大项目(60496316)、国家自然科学基金项目(60572146)、高等学校博士学科点专项科研基金(20050701007)、教育部科学技术研究重点项目(107103)自1999年认知无线电技术被提出以来，该技术就受到业内人士的普遍关注，被誉为是继超无线宽带(UWB)技术之后的另一个热点技术。
认知无线电的频谱感知技术
认知无线电的频谱感知技术认知无线电的频谱感知技术近年来，随着无线通信应用领域的快速发展，可供分配的频谱资源显得日益紧张，然而在对频谱利用情况的检测中发现频谱的利用率却十分低下，致使现今这种固定的频谱分配方式已难满足当前对无线通信技术发展需要，在这样的背景下，出现了认知无线电这一全新的通信理念并得到通信领域科研人员的广泛关注。
射频君已经给童鞋们介绍了认知无线电的基本知识，今天要给大家谈谈认知无线电的频谱感知技术。
频谱感知技术分类CR（认知无线电）的设计规则把CR用户当做频谱用户的来访者，这就需要有效的频谱管理操作方案，使得用户占据空闲信道的同时而不引起对PU（主用户）的干扰，并且在检测到PU开始发送信号时，离开所占据信道。
这些规则成功执行的重点依赖于CR用户对周围环境的感知能力，也就是通过CR用户的频谱感知方案来完成的。
频谱感知的主要目的是提供更多的接入机会给CR用户而不对PU造成干扰。
当授权用户活动性减弱时认知无线电的硬件能够识别出频谱空洞，并把这些频谱空洞用作通信。
然而这些已授权的信道，同时也被定义为PU频带，在被检测到PU信号时，需要被迅速的清空。
因此，对无线频谱的准确感知是实现认知无线电技术的关键。
由于实际通信系统中存在的噪声不确定性以及授权用户信号信息未知等特性，使一些传统的频谱感知算法难以满足认知无线电的频谱检测需要。
如何在已知信息较少的前提下高效地检测频谱空洞成为当前认知无线电领域里研究的热门课题。
当前，主要的频谱检测算法大致有三类：基于授权用户发射机的频谱检测算法、基于多感知用户协作的频谱检测算法和基于干扰温度的频谱检测算法。
由于基于干扰温度的频谱检测算法在实现上难以获得授权用户处的干扰温度值，所以基于授权用户发射机的频谱检测算法和基于多感知用户协作的频谱检测算法成为当前频谱感知技术研究的主流方向，针对不同的检测环境需要，已经取得了大量的研究成果。
例如，基于授权用户发射机的频谱检测算法主要有能量检测、匹配滤波器检测、周期平稳检测、小波检测和特征值检测等相关算法。
认知无线电频谱感知技术研究
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认知无线电单节点频谱检测算法研究
认知无线电单节点频谱检测算法研究认知无线电（Cognitive Radio，CR）是一种智能无线通信技术，旨在通过感知和适应无线电频谱环境来提高频谱利用效率。
频谱检测是CR中的一个重要环节，它通过对频谱进行监测和分析，确定可用频谱资源，为CR节点提供可用频谱进行通信。
在传统的频谱检测算法中，由于频谱环境的复杂性，往往需要大量的计算资源和时间来完成频谱扫描和分析，这给CR节点的实时性和效率带来了挑战。
为了解决这个问题，研究者提出了基于能量检测的频谱检测算法。
基于能量检测的频谱检测算法是一种简单且高效的方法。
该算法通过比较接收到的信号能量与预设的能量门限值，来判断频谱是否被占用。
当能量超过门限值时，认为频谱已被占用；反之，则认为频谱可用。
该算法不需要事先了解信号的特性，适用于不同类型的信号。
然而，基于能量检测的频谱检测算法也存在一些问题。
首先，由于无线信号在传播过程中会受到多径衰落、噪声等影响，信号的能量会有一定的波动，这可能导致检测结果的误判。
其次，频谱检测需要消耗一定的能量和计算资源，这对于能量有限的CR 节点来说是一种浪费。
为了解决上述问题，研究者提出了一种改进的频谱检测算法。
该算法结合了能量检测和其他检测方法，如周期性检测、相关性检测等，通过多个检测结果的综合判断，提高了频谱检测的准确性和可靠性。
同时，该算法根据CR节点的能量状况和通信需求，动态调整检测的频率和深度，以实现能量和计算资源的有效利用。
实验证明，改进的频谱检测算法在提高频谱检测准确性的同时，也降低了计算和能量消耗。
与传统算法相比，该算法能够更快速地检测到可用频谱，提高CR节点的实时性和效率。
综上所述，认知无线电单节点频谱检测算法是CR技术中的关键环节。
基于能量检测的算法简单高效，但存在一定的误判和资源浪费问题。
改进的频谱检测算法通过综合多种检测方法和动态调整策略，提高了频谱检测的准确性和可靠性，并降低了计算和能量消耗。
这将为CR技术的实际应用提供更好的支持和保障。
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主用户和CR用户
1.3频谱检测技术
要实现动态频谱接入，首要问题是频谱检测技术， 通过感知并分析特定区域的频段，找出适合通信 的 频谱空穴。
待查的频段分为3种不同的情况：黑空：存在高 功率的干扰；灰空：存在低功率的干扰；白空： 仅存在环境噪声量，包括热噪声、 瞬时反射、 脉冲噪声等。
在1992年5月美国电信系统会议上，Jeoeph Mitola首次提出了软件无线电的概念。
软件无线电是指采用固定不变的硬件平台，通 过软件重构升级来实现灵活多变的通信体制和 通信功能的无线电系统。
认知无线电
认知无线电概念最早是由瑞典Joseph Mitola博 士于1999年8月提出的，是对软件无线电功能 的进一步扩展。
定义如下
Tl fc, B
Pt fc, B
kB
式中：Pt fc, B为以 fc为中心频率、B为带宽的频 谱内平均功率；k为Boltzman常数，其值为
1.38 1023W / Hz / K
干扰温度模型在接收机处设定干扰温度极限， 用来表示接收机所能承受的最大干扰范围。只 要CR用户的信号传输能保证注解手机的干扰温 度在这一范围内，CR用户就可以使用相应频带。
通常的方法是检测某一频带内是否有主发射机 信号。
基本假设： H0 : x t n t H1 : x t s t n t
由此基本假设，有3种方法可用于发射机检测。
2.1.1匹配滤波器检测
匹配滤波器要求已知主用户信息，包括调制方 式、脉冲形状和数据包格式等。
优点是能以较少的计算时间获得较大的处理增 益。
这种模型实现的最大困难在于如何有效测量干 扰温度。由于主接收机通常是被动的，CR用户 无法知道主接收机的具体位置。
频谱检测是认知无线电的关键技术。
通常，CR网络包含多个CR用户和主用户，甚 至需要和其他CR网络竞争使用频谱，增加了检 测的困难度。
频谱检测的任务就是查找适合认知无线电业务的 白空，同时对工作频段在黑空（或灰空）和白空 之间的转变进行监测。
2频谱检测的方法
2.1发射机检测（非合作检测） 2.2合作检测 2.3接收机检测 2.4基于干扰温度的检测
2.1发射机检测
最有效的方法是检测周围是否有主用户在接收 数据，然而实际中直接测量主发射机和主接收 机之间的信道很困难。
谱相关函数能区分噪声能量和已调信号能量。
计算复杂度高，需要较长的观测时间。
2.2合作检测
无线环境中存在路径损耗、 阴影效应和多径效应等问 题。
如果存在严重的阴影衰落，CR用户无法检测到主发射 机信号，可能会对住用户造成严重干扰，CR用户间应 进行信息共享。
合作检测可通过中心式或分布式的方式实现。 中心式方式中，CR基站是中心站，收集各个CR用户的
认知无线电中的频谱检测技术
1、认知无线电的概念 2、频谱检测技术
1.1认知无线电提出的背景
通信的发展尤其是移动通信的迅速发展，无线 系统和通信服务的不断升级，无线电的硬件设 备不断更新。
频谱资源的日益紧张和使用上的浪费。 基于软件无线电基础上提出的认知无线电概念
1.2软件无线电的概念
监测信息从而检测频谱空穴。 分布式方式中，各CR用户之间相互交换信息。 缺点是需要额外操作，为实现信息共享而引入二外的
信息流量。
2.3接收机检测
在无线电接收机结构中，本地震荡器(LO) 要对射 频信号进行变频，将信号从高频转换到中频，在 这个转换频率的过程中，一些本地振荡器的能量 会通过天线泄露，CR用户能检测到LO泄漏，就能 得到主接收机使用的频带信息。
放置在主用户的接收机附近安装小型、 低功耗的 传感器节点，可以检测到本地振荡器的能量泄露， 从而判决接收机正在使用的信道情况，再将判决 信息通过独立控制信道反馈CR。
这种方法是基于主用户主动检测的前提。
2.4基于干扰温度的测量
干扰温度是接收天线处射频功率（发射机和噪
声源产生的信号功率）的一种度量。单位为K，
缺点是要为每一个主用户信号设计专门的接收 机。
2.1.2能量检测
能量检测不需要知道授权用户的先验知识，只 需测量频域或时域上一段观测空间内接收信号 的总能量来判决是否有授权用户出现，是目前 应用最广的一种频谱检测方式。
缺点是检测门限设置较困难。
X(t)
BPF
平方
积分
门限 判决 比较器
2.1.3周期平Βιβλιοθήκη 特征检测已调信号通常包含正弦载波、脉冲串、扩频序列 或循环前缀，由此导致已调信号具有内在的周期 性。
常用谱相关函数来分析周期平稳信号的特性。
S
x
f
lim lim 1 T t t
1 t / 2 t/2 T X T
t,
f
2
X
T
t,
f
2
dt
式中：XT
t,v
tT /2
x
tT /2
u e j2vudu,为周期频率