第1章 软件无线电与认知无线电概述资料
软件无线电概述及仿真
软件无线电系统概述及仿真谢大钊谢大钊数字无线电技术人类文明的继承和发展 从来就是与信息技术领域的 进步和突破密不可分的。
自 马可尼于１９０１年第一次 实现横跨大西洋的无线通信 开始，无线通信作为一种实 用的通信方式已有近一个世 纪的发展历程。
谢大钊习惯上我们根据信源信息描述形式的 不同，将通信系统划分为模拟和数字两大 类。
最初，信息是以模拟形式被描述和传 递的，譬如语音和图像信息等直接以调幅 或调角的方式进行调制解调，这被称作模 拟通信系统。
模拟通信技术的发展造就了 今天广播和电视的普及。
谢大钊１９４８年，Ｓｈａｎｎｏｎ发表了其著名 的信道编码理论，指出只要满足信道的容量约束 和信噪比约束，数字信号在理论上就能够以任意 低的误码率传输。
这揭示了信息数字化描述的巨 大好处，它允许人们将多年来在数学领域取得的 丰硕成果应用到信息的编码、纠错、判别等处理 领域，为数字通信技术的迅猛发展提供了充足的 理论工具；同时，信息的数字化描述为拓展通信 系统的业务范围，实现多种媒体的通信提供了广 阔前景。
谢大钊从概念上说，数字通信技术从一开始 就具备了″数字无线电″的一定特征，因 为至少接收机中基带信号的后处理以及发 射机中基带信号的预处理是数字化的。
但 是，现在″数字无线电″一词更多地被用 来描述那些将数字信号处理技术应用于基 带信号处理、调制和解调、中频甚至射频 信号处理的无线通信系统。
谢大钊从数字无线电到软件无线电″数字无线电″侧重描述无线通信系 统的实现方法，是一种技术手段；而″软 件无线电″侧重形容一种崭新的实现无线 通信系统的概念，是数字无线电技术的高 级形式和抽象化。
数字无线电技术是软件 无线电实现的前提和基础，软件无线电是 数字无线电技术发展的必然趋势。
谢大钊理论上说，具备软件无线电特点的无 线通信系统并不一定是完全数字化的系 统，只要系统的功能是可由软件定制的， 亦即构成该系统的各个模块可编程，即使 模块内部的某些结构暂时未数字化，我们 也可以认为这是一个符合软件无线电概念 的通信系统。
通信技术中的软件无线电与认知无线电研究前沿
通信技术中的软件无线电与认知无线电研究前沿随着科技的不断发展，通信技术也在飞速地进步。
在传统的通信领域中，无线电技术一直扮演着重要的角色。
然而，随着无线电频谱资源的紧张和通信系统需求的不断增加，传统的无线电技术已经无法完全满足这些需求。
因此，软件无线电和认知无线电技术应运而生，并在通信技术领域中展现出巨大的潜力。
本文将探讨软件无线电和认知无线电研究的前沿领域。
软件无线电技术是一种通过软件定义的无线电设备来替代传统专用硬件的技术。
它使用软件来控制和配置无线电设备的功能和行为。
与传统的硬件无线电相比，软件无线电具有更高的灵活性和可配置性。
它可以通过更新软件来支持新的通信标准和协议，避免了更换硬件设备的成本和时间。
软件无线电还可以在不同频段之间进行动态频谱访问，充分利用频谱资源。
认知无线电技术是一种通过感知自身环境和对无线电频谱的认知来支持自适应无线通信的技术。
它可以自动感知无线电频谱的使用情况，并根据当前频谱资源的可用性进行智能的频谱选择和分配。
这种技术可以提高频谱利用效率，减少频谱的浪费。
同时，认知无线电还可以检测和识别其他无线电设备的信号，从而避免对其他通信系统的干扰。
它具有提高通信系统的鲁棒性和适应性的优势。
在软件无线电和认知无线电研究领域，有几个重要的前沿方向值得关注。
随着5G和物联网的快速发展，虚拟化无线电网络和边缘计算已经成为研究的热点。
通过将无线电网络功能虚拟化和部署在边缘计算节点上，可以更好地支持大规模和异构的无线设备连接，并提供低延迟和可靠的通信服务。
人工智能在软件无线电和认知无线电技术中的应用也是一个重要的研究方向。
通过利用机器学习和深度学习等人工智能技术，可以实现更智能、自适应和优化的通信系统。
例如，可以使用机器学习算法来优化频谱分配和无线资源管理，以提高无线网络的性能和效率。
安全性和隐私保护也是软件无线电和认知无线电研究的热点问题。
由于软件无线电和认知无线电技术的灵活性和可配置性，它们可能会面临更多的安全威胁和隐私泄露风险。
认知无线电的频谱检测技术资料
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。
式中：X T t , v
x u e
j 2 vu
du, 为周期频率
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 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。
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。 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。
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。 通常的方法是检测某一频带内是否有主发射机 信号。 H0 : x t n t 基本假设： H1 : x t s t n t
从软件无线电到认知无线电的无线通信发展现状
摘要：频谱资源在无线通信中已经得到有效利用，其为无线通信带来进步的同时制约着无线通信的新发展。
近几年，认知无线电的不断进步不断拓宽了软件无线电的应用和功能，已经成为频谱资源匮乏的有效解决办法。
本文主要针对认知无线电在无线通信中的重要作用展开讨论，通过对认知无线电技术进行概述，分析当前无线电技术发展现状，同时提出当前认知无线电发展面临的关键技术挑战，旨为我国无线通信的发展提供参考意见。
关键词：软件无线电认知无线电无线通信中图分类号：tn925 文献标识码：a 文章编号：1007-9416（2015）09-0000-00随着社会的发展，无线电频谱已经成为无线通信领域极为重要的资源。
伴随社会无线通信业务的极速增长，当前无线电频谱资源已经接近匮乏。
频谱资源的高效利用作为无线通信技术当前亟需解决的问题，同时其也成为制约无线通信发展的阻碍。
基于无线通信技术的需求和科技的进步，认知无线电技术由此产生，其能够对周遭电磁环境进行感知，同时通过无线电描述语言与通信网络进行交流。
认知无线电通过参数的调整，将环境与无线电参数进行匹配，以确保通信系统的可靠性及频谱资源的高效利用。
1 认知无线电的概述1.1概念mitola认为认知无线电是为保障个人无线数字助理及网络侦测用户需求且为这些需求提供适合的无线电资源，认知无线电是软件无线电的一种，同时综合应用软件、应用界面及认知等性能[1]。
fcc将认知无线电定义为通过运行环境的改变来控制发射机参数的一种无线电[2]。
john notor认为软件无线电不是实现认知无线电的必须条件，同时认知无线电不是软件无线电的发展，两者间属于重叠关系[3]。
1.2特点（1）认知能力。
认知无线电能够由工作环境感知到周遭信息，由此来标识频谱资源的使用状况，由此来重新选择频谱资源的适应工作参数。
根据瑞典皇家学院使用的认知循环得知，认知无线电的任务主要包含三个方面：频谱感知、频谱分析及频谱判定。
其中频谱感知主要用来检测可使用频段及频谱空穴现象；频谱分析主要用来分析估计频谱获取的频谱空穴特点；频谱判定主要根据频谱空穴的特征及用户的需要进行传输数据的选择。
认知无线电
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通常一个博弈过程包括五个方面： 通常一个博弈过程包括五个方面： 1、参与者： 博弈中进行独立决策的参与者也称为局中人 2、策略： 在每一局博弈中，参与者都会选择一种实际可行的方案 3、信息： 它是参与者选择策略的前提 4、次序： 由于每个博弈方的决策有先后之分，所做的决策也不止一 次，这样就产生了次序。 5、得失： 博弈的结果称为得失。
2、认知无线电原理
无线环境
发射信号
频谱激励 频 谱 感 知
频 谱 判 决
信道容量 频谱分析
频谱信息
认知无线电原理图
3、认知无线电的特点 、
1.对环境的感知能力 2.对环境变化的学习能力 3.对环境变化的自适应性 4.通信质量的高可靠性 5.对频谱资源的充分利用 6.系统功能模块的可重构性
频谱分配
LB = {ln.m • b n.m }N ×M
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• 干扰矩阵集合
C = {cn ,k ,m c
n,k ,m
∈ {0,1}}N × N ×M
• 无干扰的频谱分配矩阵
A = {an ,m an ,m ∈ {0,1}}N ×M
A必须满足无干扰条件：
基于着色理论的 频谱分配方法具 有时间开销小的 优点，但精度不 够高。
一、概念
频谱分配就是根据需要接入系统用户数目及其服务 要求将频谱分配给一个或多个指定用户。 频谱分配的主要目的就是通过一个自适应策略有效 的选择和利用空闲频谱。利用动态频谱分配策略，可有 效的提高无线通信的灵活性，使授权用户和非授权用户 之间避免冲突，公平地享有频谱资源，满足用户因不同 业务而不断变化的需求。
认知无线电的基础知识
1、认知无线电(Cognitive Radio,CR)概念 认知无线电(Cognitive Radio,CR)概念
《软件无线电技术》课件
通过本课件，我们将深入了解软件无线电技术的概念、应用和发展趋势，带 您探索这一引人入胜的领域。
引言
介绍软件无线电技术的概念和背景，分析其优势和应用。
基础知识
讲解无线电通信的基本原理，解释重要概念和术语，介绍软件定义无线电（SDR）的技术原理。
软件无线电技术的不同应用
探索在移动通信系统、卫星通信系统和无线电信号处理中的软件无线电技术应用。
软件无线电技术的发展趋势
分析软件无线电技术的现状和发展，展望未来的发展趋势和应用。
结语
总结本次课程的重点和亮点，并提
软件无线电技术分析
2）可编程数字无线电系统（PDR）
对简单参数可编程，允许某种程度的重构，特别 是基带处理过程，但无线电系统的主要功能仍由硬件 定义，特别是发射和接收部分。
3）软件无线电系统（SDR）
将更多的无线电基本功能推延到软件领域，使数 据转换过程更加接近天线，射频硬件获得更大的独立 性。
1992年，MILTRE公司的Joseph Mitola首次明确 提出了软件无线电的概念。其中心思想是： 构造一个具有开放性、标准化、模块化的通 用硬件平台，将各种功能，如工作频段、调制解 调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软 件来完成，并使A/D和D/A转换器尽可能靠近天 线，以研制出具有高度灵活性、开放性的新一代 无线通信系统。 目前，采用开放式系统体系结构（OSA），一种 非专利、层次化的体系结构，每个层次公开且有 明确定义的接口和标准 未来，将数字化处理推延到天线端并实现包括天 线在内的所有组件的完全可编程控制。
4）感知无线电系统（Cognitive Radio）
结合人工智能领域的概念，实现的无线电系统能够 对所处的环境有所“感知”。以软件无线电为扩展平台 的一种新的智能无线通信技术，它可以感知到周围的环 境特征，并自动调整其设备的一些发射和接收参数。具 有感知能力的设备能够在时域、频域和空域多维空间， 对较宽的频段不断地进行频谱侦听，能够侦测到这些频 段内主用户，从而能得知频谱的使用情况。整个过程可 以通过“侦听—感知—自适应”的循环来表示，关键技 术：无线电传输场景分析、信道状态估计、功率控制、 频谱侦测功能、动态频谱分配、抗干扰技术。。。
1、1991年Joseph Mitola III提出软件无线电概念， 并各到广泛认可。
I coined the term Software Radio in 1991 to signal the shift from hardware intensive digital radios of the 1980's to the multiband multimode software-defined radios of the year 2000 and beyond. Last year, I coined the term Cognitive Radio to refer to that class of software radio that employs model-based reasoning and at least a chess-program level of sophistication in using, planning, and creating radio etiquettes. Cognitive radio is an emerging topic within software radio.
认知无线电技术
认知无线电技术认知无线电（Cognitive Radio，CR）的概念起源于1999年Joseph Mitolo 博士的奠基性工作。
它可以通过学习、理解等方式，自适应的调整内部的通信机理、实时改变特定的无线操作参数（如功率、载波调制和编码等）等，来适应外部无线环境，自主寻找和使用空闲频谱。
它能帮助用户选择最好的、最适合的服务进行无线传输，甚至能够根据现有的或者即将获得的无线资源延迟或主动发起传送。
一、认知无线电的定义1、JosephMitola对认知无线电的定义1999年，JosephMitola在他的学术论文中首先提出了认知无线电的概念，并描述了认知无线电如何通过“无线电知识描述语言（RKRL，RadioKnowledgeRepresentationLanguage）”来提高个人无线业务的灵活性。
随后，JosephMitola在他的博士论文中详细探讨了这一理论。
他认为：认知无线电应该充分利用无线个人数字设备和相关的网络在无线电资源和通信方面的智能计算能力来检测用户通信需求，并根据这些需求提供最合适的无线电资源和无线业务。
Mitola的认知无线电的定义是对软件无线电的扩展。
认知无线电以软件无线电为平台，并使软件无线电智能化。
2、FCC的认知无线电定义JosephMitola定义的认知无线电强调“学习”的能力，认知无线电系统需要考虑通信环境中的每一个可能参数，然后做出决定。
相比于JosephMitola的定义，FCC针对频谱有效分配问题对认知无线电做出的定义更能为业界所接受。
在2003年12月的一则通告中，FCC对认知无线电作出如下定义：认知无线电是能够与所处的通信环境进行交互并根据交互结果改变自身传输参数的无线电。
FCC对认知无线电的这个定义主要是基于频谱资源分配和管理问题提出的。
目前无线频谱资源的规划和使用都是由政府制定的，无线通信设备对频谱的使用需要经过政府的许可。
而固定的频谱分配政策导致了频谱不能有效利用的问题。