基于认知无线电技术的KU卫星频谱动态分配策略研究-张鹏
认知无线电技术
认知无线电技术什么是认知无线电技术？认知无线电技术，又称为认知无线电系统，是一种通过利用电磁波的传播特性，对无线电频率进行智能管理和利用的技术。
它通过对周围无线电频谱的监测、识别和分析，实现了无线电频谱的高效利用。
与传统的固定频率使用方式不同，认知无线电技术可以动态地调整无线电频率以避免和其他无线电设备的干扰，从而提高了频谱的利用效率。
认知无线电技术的应用可以涵盖通信、雷达、导航和遥感等领域。
认知无线电技术的发展历程认知无线电技术的发展可以追溯到20世纪90年代初期，当时，波束赋形和频率聚焦技术逐渐成熟，很多无线电设备都已经实现了数字化处理。
在这样的背景下，研究人员开始寻求一种新的方式来提高频谱利用率，避免信号干扰现象的发生。
2002年，美国电子电气工程师学会（ IEEE）提出了认知无线电技术的概念。
2003年，美国国防部开始为研究该技术的应用和发展提供资金支持。
此后，越来越多的研究机构和企业开始加入到认知无线电技术的研究和应用之中。
近年来，认知无线电技术在国内外的研究和应用得到了广泛关注和推广。
认知无线电技术的特点1.智能管理认知无线电技术可以自主地对无线电频率进行管理和利用，通过智能的处理能力，动态地调整无线电的频率范围、幅度和波形等，适应不同的环境和需求。
2.高效利用认知无线电技术可以避免固定频率使用方式下的频谱浪费和干扰问题，提高了频谱的利用效率。
通过对周围无线电环境的优化感知和调节，可以实现更多无线电设备的共存，满足满足不同的通信需求。
3.低成本与固定频率使用方式相比，认知无线电技术可以减少硬件设备的需要，降低成本和能耗。
4.安全可靠认知无线电技术可以减少不必要的信号干扰和频谱浪费，提高了无线电设备的安全性和可靠性，避免了频繁的通信中断和信息传输错误。
认知无线电技术的应用认知无线电技术已经应用在多个领域中，下面列举几个具体的应用：1. 通信认知无线电技术可以大大提高无线电频谱的利用效率，支持更多的数据传输和接受，同时减少了传输中的干扰和浪费，提高了通信的速度和可靠性。
认知无线电技术的研究及发展
超 负 荷 运 行 。美 国联 邦 通 信 管 理 委 员 会
（Ｃ ） Ｆ Ｃ 充分注意到 了这 一点 ， ２０ 年 １ 于 ０２ １
月出版了频谱政策任务组撰写的一份报告 ［ ］该报告 指 出 ， 前分 配 的绝 大多 数 频 ３， 当 谱 的利用率为 １ ％一８ ％ 。 因此 Ｆ Ｃ认 为 ５ ５ Ｃ
灵活性 。随后在 ２０ ００年瑞典皇家科学 院举
本概念 、 能与 实 现 、 准化 的进程 。然后 功 标 介绍 了当前应用状况 ， 最后分析 了未来 的发 展及面临 的挑 战。
１ 引言 、
行 的博士论文答 辩 中详 细探讨 了这一 理论 ［ ］ ２。
认知无线 电也被 称 为智 能无 线 电。从 广 义上来说是指 无线 终 端具备 足够 的智能 或 者认知能力 ， 通过对周 围无线环境 的历史 和 当前状况进行检测 、 分析 、 习、 学 推理和规
（ ） 测 １检
分配政策 ， 部分甚至全部采用动态频谱分配 政策， 使多种技术可 以实 现“ 频谱共 享” 才 ，
当前存在的最主要 问题 并 不 是没 有频谱 可 用， 而是现有的频谱分配方式导致资 源没有 被充分利用 。只有 彻底 改 变 当前 固定 频谱
由于认 知无线 电技术 尚处 于起步阶段 ， 对于该 技术 的主要 功能还处 于讨论 过程 中。
Ｍ ｔ ａ 士提 出 的认 知循 环 过程 相 对 比较 ｉ ｌ博 ｏ
复杂 ， 括 一 系 列 认 知学 习 步 骤 ［ ］ 当 包 ４。
前 ， 同组织机 构在设计 实现认 知无线 电的 不 总体框架 中所涉及 的具体 内容也有所不 同 。 从 比较 完整 的意 义上一般认 为 ， 知无线 电 认 系统应 该具 备 检测 、 析 、 整 、 分 调 推理 、 习 学 等能力 。事实 上 ， 这些具体功能就是一个认 知循环 的主要组成部分 。
基于认知无线电的GEO 与LEO 卫星频谱共存
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引用格式:胡晓月,杨淼,康凯,等 ．
基于认知无线电的 GEO 与 LEO 卫星频谱共存[
中国空间科学技术,２０２１,
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认知无线电频谱感知技术分析
中 图分 类号 ： Ｎ９ ５ Ｔ ２
文献标 识码 ： Ａ
文章编 号 ：０ ７９ １（０ ２０ ．０ ３０ １０ ．４ ６２ １）２０ ３ ．２
伴 随着 广 播 电视 、 动 通信 等领 域 中 的应 用 越 来 越 广 泛 ， 线 移 无 电技术应用面不 断得 到扩 展 ， 这使得有 限的无 线电频谱资源 ， 与社 会 不 断 增 长 的 需 求产 生一 定 的 矛 盾 ， 以说 ， 着 人 类 社 会 对 无 线 可 随 电频谱 资源需求 的增长 ， 其也 已成为稀缺的信 息社会 重要资源之 认知无 线 电技术正是在这种背景 下产生 的 ， 它可从有 效解决因 固定频谱分配政策导致的频谱资源不合理分配 问题 ， 并在探索频谱 空穴特性 的基础上 ， 无线频谱资源高效利用 的重要手段 。 对 因此， 探 讨 频 谱 感 知 这 一 认 知 无 线 电关 键 技术 越 来 越 为 人 们 所 关 注 ， 此 进 对
３ 对认 知 无 线 电频 谱 感知 技 术 的 进 一步 分 析 、
实现 频 谱 管理 、 谱 共 享 是 频 谱 感 知 技 术 的 前 提 ， 是 认 知 无 频 更 线 电系统的基本功能 ， 认知无线 电中具有基 础地位 。 在 根据检测 的 依据 ， 当前 频 谱 感 知 技术 类型 主 要 可 划 分 为 两 种 ： 种 如 接 收 信 号 一 强度检测Ｒｓ Ｉ多分辨率频谱感知ＭＲ Ｓ ， ｓ、 Ｓ 等 是基于能量的检测 ； 另 种 则 包 括 基 于 信 号 符 号 构 成 的感 知 和 基 于信 号 相 关特 征 的感 知 等 ， 是基于特 征的检测 。 这 ３１基 于能 量检 测 的认 知 无线 电感 知技 术 分析 ． 能量检测是非相干检测 ， 目前使用最多 ， 为 也最简单的方案 。 采 用 能 量 检 测 ， 收机 可 以 不 用 预 知 主 用 户 信 号 发 射 的 相 关 特 征 。 接 接 收机将信号依次通过模／ 数转换器 、 自相关运算 、 Ｆ 取 得接 收信 Ｆ Ｔ， 号 平 均 功 率 ， 后再 拿得 到 的 结 果 和 阈值 进 行 比较 ， 而 判 断 当前 然 从 信道主用户 占用与否 。 通过增 加接收机每次信号接收时间的长度 ， 或增）Ｆ ｒ ］ Ｆ 运算 的点数 ， Ｉ 就能够提高能量检测准确性。 不过 ， 能量检 测 虽 较 易 实 现 ， 也 存在 局 限 性 ， 却 即对 主 用 户 信 号 和 接 收 噪声 不 能 进行有效分离 ， 如果 工作 条件信噪 比相对 较低其性能不够稳定 。 ３２基 于 匹配 滤波 的感知 技 术 分析 ． 在输入信噪比一定 的条件 下， 采用 匹配滤波器 能使输出信噪比 在某一 时间达到最大。 这使得这 种技术检测信号耗 时短 、 效益高 ， 从 这个意义上盾来 ， 匹配滤波是最优的信号检测技术。 但它 需要 待测 信号的先验信息 ， 这个显著 的弱点， 加之硬件上的相对复杂 ， 使其在 实 际感 知 条 件 下 不 易 实 现 。 在 信 号 检 测理 论 中 匹配 滤 波器 占有 十 分 重要 的地 位 。 实 信号 对 Ｓｔ的 匹 配 滤 波 器 ， 冲 激 响 应 如 下 式 所 示 ： （） 其 ｈｔ ｋ （ －ｔ （） ｓ Ｏ ） ＝ ｔ 由 式 可见 ， 匹配 滤 波 器 的 脉 冲 响应 ｈｔ （ 基本 为 输 入 信 号 ｓ ） ） （ 的镜 ｔ 像， 只不过是时间上右移 ， 同时幅度上乘以中这一非零常数 。 匹配滤 波器能使输 出端信 噪比达到最大 ， 但是为了匹配滤波的实现 ， 获得 较多被检信号 的先验知识是重要前提 ， 加之其计 算量 相对 较大 ， 所 以这样方法通 常用来检测那些发送双方 都预知特征 的信 号。
无线电频谱共享技术的研究进展
无线电频谱共享技术的研究进展在当今信息高速发展的时代，无线电频谱资源作为一种有限而宝贵的资源，其高效利用成为了至关重要的课题。
无线电频谱共享技术的出现，为解决频谱资源短缺与频谱需求不断增长之间的矛盾提供了有力的途径。
无线电频谱的重要性不言而喻。
它就像是一条条无形的通道，承载着各种无线电信号的传输，包括我们日常使用的手机通信、无线网络、广播电视，以及航空航天、军事等重要领域的应用。
然而，传统的频谱分配方式往往是固定分配，导致部分频段过度拥挤，而另一些频段却利用率低下。
近年来，无线电频谱共享技术取得了显著的研究进展。
认知无线电技术就是其中的一个重要突破。
认知无线电能够感知周围的频谱环境，智能地发现未被充分利用的频谱资源，并在不干扰授权用户的前提下进行接入和使用。
这就像是一个聪明的“频谱探索者”，能够灵活地找到可用的频谱“空位”，提高频谱的利用率。
动态频谱接入技术也是频谱共享领域的一项关键技术。
它允许非授权用户根据频谱的可用性动态地调整其使用方式。
例如，在某个时间段，当授权用户未使用某一频段时，非授权用户可以暂时占用该频段进行通信。
这种动态的调整需要高效的频谱监测和快速的决策机制，以确保频谱的使用合法且不会对授权用户造成干扰。
在频谱共享技术的研究中，频谱感知算法的优化是一个重要的研究方向。
精确而高效的频谱感知算法能够快速准确地检测出频谱的空闲状态，为频谱共享提供可靠的依据。
目前，常见的频谱感知算法包括能量检测、匹配滤波检测和循环平稳特征检测等。
研究人员不断致力于提高这些算法的性能，降低误判率和检测时间，以适应复杂多变的频谱环境。
此外，频谱共享中的干扰管理也是一个亟待解决的问题。
当多个用户同时共享频谱时，不可避免地会产生相互干扰。
为了减少干扰，研究人员提出了各种干扰协调和功率控制技术。
通过合理地分配功率和调整发射参数，可以有效地降低干扰水平，保障各个用户的通信质量。
同时，基于人工智能和机器学习的频谱共享技术也逐渐崭露头角。
认知无线电技术发展及其对频谱管理政策的影响分析
一
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认知无线 电技术发展 及其对频谱管理政策
中国联 通集 团有 限公司 王靖 宇 周瑶 毕猛 聂 昌
达到 １ ２ ＭＨ ¨（ 表 １ ７ ０ ｚ 见 ）。然而 ，即 使加 上 ＷＲ ０ Ｃ－ ７大
０引言
随 着 无 线 通 信 技 术 的 应 用 与 发 展 ，一 方 面 频 谱 资 源 紧 缺 的 状 况 日益 突 出 ，另 一 方 面 ，对 频 谱 资 源 的 利 用 存 在 着 效 率 低 下 的 问题 。为 了 解 决 频 谱 物 理 资 源 匮 乏 与 低 利 用 效 率 之 间 的 矛 盾 ，迫 切 需 要 一 种 动 态 接 入 频 谱 的 方 式 ，认 知 无 线 电 技 术 由此 应 运 而 生 。 认 知 无 线 电 技 术 采 取 动 态 的 频 谱 分 配 方 式 ，可 择 机 接 入 授 权 用 户 频 段 或 非 授 权 频 段 ，以 提 高 频 谱 利 用 效 率 ，缓 解 频 谱 资 源 供 求 紧 张 的 矛 盾 ，促 进 无 线 通 信 技 术 的 应 用 与 发 展 。因 此 ，认 知 无 线 电 技 术 被 提 出后 ，便 受 到 了 政 府 机 构 、 运 营 商 以 及 设 备 厂 商 等 的 密 切
（ ＭＨｚ）
图 ４北 京郊 区 某地 实 际频 段 占用 情 况
不难 看 出 ，在测 量 时 间 内 ，同一 段 频 谱在 不 同 地 区 占用
２０－７０ ５０２ ０ ２０－４ ３５ ４０２ ８
２ ∞ Ｏ ３ Ｏ
度是存在差 至 没 有 被 占用 。同时 从 测 量 的结 果 来 看 ，广 播 频
１
《基于Gabor算法的认知无线电频谱感知技术研究》范文
《基于Gabor算法的认知无线电频谱感知技术研究》篇一一、引言认知无线电作为一种新型的无线通信技术，能够有效地利用无线频谱资源，缓解频谱资源短缺问题。
其中，频谱感知技术是认知无线电的关键技术之一。
在无线通信中，由于信号的多径传播、衰落等因素，使得传统的频谱感知方法无法准确地检测出频谱空洞，因此需要研究更加高效、准确的频谱感知技术。
本文将介绍基于Gabor算法的认知无线电频谱感知技术的研究。
二、Gabor算法简介Gabor算法是一种在信号处理领域广泛应用的算法，其基本思想是在时间和频率两个维度上对信号进行变换。
Gabor算法通过在多个不同频率和不同方向上对信号进行变换，提取出信号中的有用信息，从而实现信号的识别和分类。
在认知无线电中，Gabor算法可以用于频谱感知，通过分析无线信号的时频特性，检测出频谱空洞，为认知无线电的频谱分配和利用提供支持。
三、基于Gabor算法的频谱感知技术研究基于Gabor算法的频谱感知技术主要包括以下步骤：1. 信号预处理在频谱感知前，需要对接收到的无线信号进行预处理。
预处理的目的是去除信号中的噪声和干扰，提高信号的信噪比。
常用的预处理方法包括滤波、均衡等。
2. Gabor变换将预处理后的信号进行Gabor变换。
Gabor变换将信号从时域转换到时频域，提取出信号的时频特性。
在变换过程中，需要选择合适的频率和方向参数，以充分提取出信号中的有用信息。
3. 特征提取与分类在Gabor变换后，需要对变换结果进行特征提取和分类。
特征提取的目的是从变换结果中提取出能够反映信号特性的特征参数。
分类则是根据特征参数对信号进行分类，以区分出不同的无线信号和频谱空洞。
4. 频谱决策与分配根据特征提取和分类的结果，进行频谱决策和分配。
频谱决策是根据当前无线环境中的频谱使用情况，决定是否使用某个频段进行通信。
频谱分配则是根据决策结果，将可用频段分配给不同的通信设备使用。
四、实验与分析为了验证基于Gabor算法的频谱感知技术的有效性，我们进行了实验分析。
无线通信中的动态频谱管理
无线通信中的动态频谱管理在当今数字化和信息化的时代，无线通信已经成为了我们生活中不可或缺的一部分。
从手机通话、无线网络连接到卫星通信、物联网设备的交互，无线通信技术的广泛应用给我们的生活带来了极大的便利。
然而，随着无线通信需求的不断增长，频谱资源的有限性成为了制约通信发展的一个关键因素。
为了更有效地利用有限的频谱资源，动态频谱管理技术应运而生。
首先，让我们来了解一下什么是频谱资源。
简单来说，频谱就像是无线通信的“道路”，不同的频率范围被分配给各种无线通信业务，如广播电视、移动通信、航空导航等。
这些频段就像是一条条专用的车道，各自承载着特定的信息传输任务。
但问题是，频谱资源是有限的，而且传统的频谱分配方式往往是固定的，这就导致了一些频段过度拥挤，而另一些频段却没有得到充分利用。
动态频谱管理的核心思想就是打破这种固定分配的模式，让频谱资源能够根据实际需求进行灵活分配和调整。
这就像是在交通拥堵的时候，能够根据实时路况动态地调整车道的使用，以提高道路的通行效率。
实现动态频谱管理的关键在于对频谱使用情况的实时监测和准确分析。
通过各种先进的监测技术和算法，我们可以了解到不同频段在不同时间和地点的使用情况，包括信号强度、干扰水平、带宽需求等。
有了这些监测数据，接下来就是进行频谱资源的分配和调整。
这需要一个高效的决策机制和管理系统。
这个系统要能够根据监测到的数据，快速做出合理的决策，比如将空闲的频谱分配给急需带宽的用户，或者调整正在使用频谱的用户的频段，以减少干扰和提高频谱利用率。
在这个过程中，还需要考虑到不同用户的优先级和服务质量要求。
例如，对于紧急救援通信、医疗服务等关键应用，需要给予更高的频谱使用优先级，以确保其通信的可靠性和及时性。
为了实现动态频谱管理，还需要一系列的技术支持。
认知无线电技术就是其中的重要组成部分。
认知无线电设备能够感知周围的频谱环境，并根据感知结果自适应地调整工作参数，如频率、功率、调制方式等。
面向认知无线电的隐蔽通信技术与策略研究
面向认知无线电的隐蔽通信技术与策略研究面向认知无线电的隐蔽通信技术与策略研究引言：随着数字技术和通信系统的不断发展，无线电通信已成为我们日常生活和工作的重要组成部分。
然而，由于频谱资源有限，无线电通信频段的拥挤程度越来越高，频谱管理和无线电接入变得愈加复杂。
为了提高频谱利用效率和解决频谱资源的稀缺性问题，认知无线电技术的出现为无线通信系统带来了新的发展机遇。
本文将重点研究面向认知无线电的隐蔽通信技术与策略，分析其应用前景并探讨相关挑战。
一、认知无线电技术的理论基础认知无线电是一种通过智能感知和学习无线通信环境，灵活利用频谱资源的无线通信技术。
其核心思想是通过对现有频谱使用情况的感知和分析，在不干扰现有用户的情况下，智能地通过发射机选择未被使用或较少使用的频谱资源，并按需分配给用户。
认知无线电技术主要包括频谱感知、多用户检测、频谱分配和动态频谱接入等关键技术。
二、隐蔽通信的概念与特点隐蔽通信是指在无线通信中使信息传递在解密前对未授权用户或者对手不可见的通信方式。
与传统通信方式相比，隐蔽通信具有隐藏性高、抗干扰能力强、安全性大等优势。
隐蔽通信技术在军事通信、安全通信等领域具有广泛应用前景。
三、认知无线电与隐蔽通信的结合认知无线电和隐蔽通信的结合可以更好地解决现有无线通信系统中频谱资源有限和信息安全两大问题。
认知无线电的智能感知和频谱分配能力可以提供更好的保护通信内容的安全性，同时通过动态频谱接入和频谱感知等技术，实现隐蔽通信的高效性和隐蔽性。
四、面向认知无线电的隐蔽通信技术研究1. 突发通信技术：通过在频域或时域上随机调整通信信号的频率、幅度和相位，实现通信信号的隐藏和隐蔽传输。
2. 反间谍通信技术：通过抗干扰和干扰主动者的干扰行为，提高通信系统的安全性和隐蔽性。
3. 随机发射技术：通过随机选择发射频段，将通信信息分散在频谱中，增加非授权用户的难度。
五、面向认知无线电的隐蔽通信策略研究1. 频谱感知策略：通过感知周围频谱环境，并实时分析周围频谱使用情况，选择合适的频段进行通信。
无线电频谱管理的频谱共享技术(四)
无线电频谱管理的频谱共享技术一、频谱管理概述无线电频谱管理是指对无线电频谱资源进行规划、分配、监测和控制的过程，以确保各种无线电通信系统能够有序、高效地共享频谱资源。
在过去的几十年中，随着无线通信技术的飞速发展和无线电频谱资源的日益紧缺，频谱管理成为国际上广泛关注的话题。
传统的频谱管理方法主要通过频谱分配和频谱使用许可来实现，然而这种方法存在着资源利用率低、难以应对快速变化的通信需求等问题。
因此，如何更有效地管理和共享有限的频谱资源成为了无线通信领域的热点问题。
二、频谱共享技术的发展历程频谱共享技术作为一种新型的频谱管理方式，旨在通过共享和动态分配频谱资源来提高频谱的利用效率。
随着认知无线电、动态频谱访问等技术的不断发展，频谱共享技术逐渐成为无线通信领域的研究热点。
频谱共享技术的发展历程可以简单概括为三个阶段：第一阶段是基于频谱感知的认知无线电技术的研究和应用，该技术通过对频谱环境的感知和分析，实现了对频谱资源的动态分配和共享；第二阶段是基于空间域和时域的频谱共享技术，其核心思想是通过空间和时间上的资源复用来提高频谱资源的利用效率；第三阶段是基于新型通信协议和协同通信的频谱共享技术，该技术通过改进通信协议和引入协同通信机制，实现了不同通信系统之间的频谱资源共享。
三、频谱共享技术的关键技术和挑战频谱共享技术的核心问题是如何实现不同无线通信系统之间的频谱资源共享，这需要克服多方面的技术挑战。
首先，频谱共享技术需要解决频谱感知和频谱管理的关键技术问题，包括频谱感知算法、频谱资源分配算法等；其次，频谱共享技术还需要解决跨系统和跨网络之间的频谱资源管理和协同问题，这需要引入新的通信协议和协同通信机制；最后，频谱共享技术还需要解决安全和隐私保护等问题，以确保不同通信系统之间的频谱资源共享不会影响通信安全和用户隐私。
四、频谱共享技术的应用和前景展望频谱共享技术在无线通信领域有着广阔的应用前景。
首先，频谱共享技术可以帮助提高频谱资源的利用效率，满足快速增长的通信需求；其次，频谱共享技术可以促进不同通信系统之间的协同和互联，实现多种通信系统的无缝接入和互操作；最后，频谱共享技术还可以促进无线通信网络的快速部署和灵活管理，提高通信网络的覆盖范围和服务质量。
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基于认知无线电技术的KU卫星频谱动态分配策略研究 Research on dynamic allocation strategy of KU satellite spectrum based on cognitive radio technology 西北空管局网络中心通信网络室 张鹏 引言 作为两地一空的空侧保障，卫星通信因其通信距离远，覆盖范围大，不受地形及陆地灾害影响等优点成为了空管系统安全保障中不可缺少的一环。KU波段VSAT卫星通信系统接收天线效率高，天线口径小，有效的降低接收成本，而且不易受微波辐射干扰，大大降低了对接收环境的影响。目前，KU波段卫星通信系统已经成为空管卫星通信系统中最重要的部分。然而，卫星转发器资源的管理基本上采用静态分配的方式，即转发器上的频谱资源往往是根据系统任务需求预先配置好。随着航班量的日益增加，扇区划分越来越多，传输的语音及数据容量日益增大，导致分配的频谱资源越来越紧缺。针对KU波段卫星频谱资源不足的问题，结合通信领域中最前沿的认知无线电技术，笔者提出一种基于认知无线电技术的KU卫星频谱动态分配策略，通过动态分配频率资源，大幅度提高频谱资源的使用效率，同时提高卫星系统的抗干扰能力。 一、认知无线电技术概述 认知无线电技术最早由Joseph Mitolo博士在上世纪九十年代末提出。认知无线电最核心的思想是其具有学习能力，能和周围环境进行信息交互，感知并利用在空间内的可用频谱，限制和降低冲突的发生。认知无线电技术将人工智能和机器学习的思想引入，智能化地对各种资源综合利用，所以认知无线电又被称为智能无线电。它的特点是灵活、智能、可重配置，通过对外界环境的感知，有目的地实时改变某些操作参数，比如传输功率、载波频率和调制技术等，使其对接收到的无线信号的统计学习和适应，从而实现不限制时间和地点的高可靠通信以及对有限的无线频谱资源高效利用。 二、基于认知无线电技术的KU卫星频谱动态分配策略研究 （一）KU卫星引入认知无线电技术的必要性 KU波段上行下行链路分别为11/14GHz，带宽为500M，覆盖范围包括7大空管局、分区管制中心及各机场管制中心。作为空侧保障，涵盖了甚高频语音、同步雷达等重要业务。在建设初期，对每个台站的卫星频谱都进行了静态分配带宽容量，且对卫星所传输的语音信号进行压缩。随着扇区的划分越来越细，对数据及语音的容量需求越来越大，导致卫星频率带宽资源越来越紧缺，很可能出现通信的瓶颈。仅拿本地区一个台站举例，在近两年内甚高频通信链路数量增长接近三倍。在卫星的调试过程中发现，卫星信号的传输质量和带宽分配及占用情况紧密相关，在带宽资源宽松的情况下，卫星信号传输质量较好，在带宽资源占用紧张的情况下，卫星信号传输质量极差。对于静态分配带宽的卫星通信而言，带宽资源占用日益紧张，然而作为应急系统，其频谱利用率却极低；同时，目前在轨的通信卫星多数仍是卫星透明转发器，由于各类通信中继卫星处于开放的空间，会面临各种有意或者无意的干扰影响，使部分卫星信道无法正常通信，当终端用户在受到干扰的信道上通信时，信号质量将明显下降，如果控制信道受到干扰，受影响的用户将更多。认知无线电技术不仅可以提高KU卫星频谱资源的使用效率，还能根据优先级判断选择合适的信道，进而提高系统的抗干扰能力，能够有效的解决KU卫星存在的问题，因此，本文主要工作就是结合认知无线电技术的优势，提出一种基于认知无线电技术的KU卫星频谱动态分配策略。 （二）基于认知无线电技术的KU卫星频谱动态分配方案设计
本文提出的方案主要由两部分组成：KU卫星频谱检测系统模型和KU卫星频
谱动态分配算法分析。 1.KU卫星频谱检测系统模型 为了确保卫星频谱检测系统的可靠性和时效性，方案设计利用多台频谱检测设备进行组网，该模型分为一台主控站设备和分布在各地的若干监控设备组成，如图1所示。 KU卫星监控设备监控设备监控设备
监控设备主控站处理单元
监控单元图1 KU卫星频谱检测系统模型
监控频谱监控频谱监控频谱
监控频谱
信息传输
信息传输
信息传输
信息传输
每台监控设备对指定监控的频段进行检测，检测方法为最常用的频谱感知技术，通过监控和检测，自动识别监视频段内的载波频谱参数，包括中心频率、带宽、信噪比等性能指标；识别监视频段内信号的占用情况；识别其中的干扰和告警；同时将收到的所有信息发送至主控站设备，并从主控站设备接收控制信息。 主控站设备有两种功能：一是接收到从各地监控设备发来的有效信息后，进行信息汇总，然后将频谱归类并标记，分为频谱空穴、在用频谱和干扰频谱，其中不同频谱通过功率、时间和频率定义，如图2所示。二是对频谱信息进行处理，通过频谱动态分配算法进行频谱的动态选择分配，并形成控制信息反馈回监控设备。
图2 KU卫星频谱分析示例图 2.KU卫星频谱动态分配方案分析 频谱动态分配机制有很多种。按频谱获得的方式由竞争模式、拍卖模式等，按时间分有长时模式和实时模式等。在本文提出的KU卫星频谱动态分配算法中，采用了频谱池的思想，通过标签机制设定优先级，利用非合作博弈理论进行算法设计。德国卡尔斯鲁厄大学的F.K.Jondral教授在2004年最早提出了频谱池的想法，本文利用频谱池的思想，将所有KU卫星节点的频谱合并成为统一的频谱池，并将频谱池化分为以信道为单位的频谱，其中频谱又划分为控制信道频谱与数据信道频谱，控制信道因重要程度高分配和节点数相等或更多的信道资源，其余资源则全部分配给数据信道。通过这种设定，频谱资源不再是静态的单独分配给某个节点。 对于申请频谱使用的用户，本文设计一种优先级排队机制，对不同性质的用户设定不同的优先级。通过对信号的强弱、覆盖范围，以及主备应急等情况对用户进行分析并综合考虑，来设定用户优先级。对于授权用户，设定最高级优先级，非授权用户设置一般优先级，而次要用户设置最低优先级。对于授权用户，设定其使用的频谱与其他用户不重叠，一旦它有传输任务，则立即进行传输，保证对授权用户的影响最小；对于普通用户和次要用户之间，普通用户因其优先级高于次要用户，可以占用次要用户的频谱，要求次要用户释放其频谱；对于优先级别相同的用户，在占用频谱的时候采用先到先得服务模式进行选择。 3. 算法描述 网络中共有 n...3,2,1N 对认知用户i，每对节点具有两个接口，一个是控制信道接口，负责与主控站交互控制信息；另一个是通信数据信道接口。控制信道工作频率固定，数据信道工作频率根据算法执行结果动态调整。在该区域内，认知用户的可用信道数根据频谱资源动态变化，具体算法如下： Step1：需要进行通信的用户根据自身业务需求向主控站发出申请，其中在t
时刻，用户i的队列优先级为：
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其中，1-toi是用户在上一轮队列中的排序，iT是用户i承载业务的传输时延限，iw为用户i的业务时延优先级加权因子，i为用户i的优先级加权因子； Step2：主控站根据用户优先级及申请顺序依次接收申请，优先级高的申请优先满足，优先级相同的申请按照先到先得服务模式，从频谱池中选择频谱空闲的信道提供给用户，并对该频谱进行占用标记，标记为在用频谱useFS； Step3：当用户在使用某频谱时，若发现在该频谱信道有干扰信号，则立即向主控站汇报，提高优先级并重新申请频谱。主控站接收该汇报后，立即将该频谱段标记为干扰频谱siFS，并禁止分配； Step4：当用户完成通信任务后，向主控站发出释放频谱申请。主控站接收申请后，对该段频谱标记为空闲频谱freeFS； Step5：主控站周期测试所有频谱，对于有干扰信号的频谱标记为干扰频谱siFS，并禁止分配。对于之前被标记为siFS的频谱，若干扰已恢复，则更改为空闲频谱freeFS。 （三）性能仿真分析 为了验证本文提出的基于认知无线电技术的KU卫星频谱动态分配方案的性能，假定共存环境中总的信道数为M，干扰信道数量为），取（1mmmM,当前认知无线电网络中认知用户的数量为N，其中同时工作的用户数量Mn，用户信号完好率P为正常用户所占的比率，并考虑时间延时问题，取10M，当N不断增大时，仿真如下图所示：
0510152040%50%60%70%80%90%100%信号完好率P用户数量N 静态分配方案动态分配方案 从图中可以看出，在静态分配方案中，当用户数N远小于频谱信道数M时，用户信号完好率较好，但随着用户数目N的增多，并超过信道数M时，用户信号完好率急剧下降；本文提出的频谱动态分配方案在频谱资源有限时，也能保证用户信号的完好性。仿真结果显示，该方案可以明显改善在频谱资源匮乏时信号质量的急剧下降，有效利用频谱资源且保证信号的可用性。
结语 本文设计的基于认知无线电技术的KU卫星频谱动态分配方案，不仅可以有效的解决KU卫星频谱资源紧张的问题，同时也可以增加KU卫星传输的可靠性，在空管卫星系统安全保障中具有重要的应用前景。