無線設(shè)備在工作時可能會出現(xiàn)周期性地掛起,干擾其他消費電子產(chǎn)品的工作(例如電臺),或者無法完全發(fā)揮應(yīng)有的功能,這些問題都會使消費者對它的技術(shù)水平和相應(yīng)的產(chǎn)品供應(yīng)商喪失信心。為了避免這種糟糕的情況,選擇一種能夠滿足當(dāng)今無線產(chǎn)品設(shè)計與調(diào)試需求的高性能頻譜分析儀是至關(guān)重要的,這種頻譜分析儀不僅要能夠檢驗產(chǎn)品的真實性能,也要能夠檢測高度集成的無線發(fā)射器的功能。

在過去幾年中,用戶所接觸的產(chǎn)品功能越來越強大,其目的在于在移動電話這種單一設(shè)備中集成多種方便實用的技術(shù),從而增強用戶的多功能體驗。新的高速數(shù)據(jù)技術(shù),例如HSDPA/HSUPA和A版本的1xEV-DO,能夠為用戶提供更強大的功能,例如廣播視頻和高速E-mail等。而且,諸如衛(wèi)星與地球視頻廣播、UWB和WLAN等技術(shù)也將集成到移動手持式設(shè)備之中。

這種多功能集成的趨勢為設(shè)計者提出了兩大嚴(yán)峻的挑戰(zhàn):處理快速變化的帶寬分配需求,以及對高度集成的系統(tǒng)中發(fā)生的問題進行隔離。今天,大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)只需要在固定操作狀態(tài)下進行無線發(fā)射器測試。但是,從本質(zhì)上來看,高速數(shù)據(jù)服務(wù)的用戶模型(例如高速上網(wǎng)、收發(fā)E-mail和周期性的下載等)所需的帶寬是隨需求而實時變化的。

如果信號的峰值功耗與平均功耗的比值變化較大,這種瞬時的帶寬變化將會帶來更大的挑戰(zhàn)。當(dāng)其他的無線技術(shù)引起瞬時的電池消耗,或者當(dāng)帶外發(fā)送的信號干擾了靈敏接收機的工作時,就會出現(xiàn)上述的問題。假設(shè)某個用戶希望通過移動電話通話,接通數(shù)據(jù)下載文件,利用UWB發(fā)送該文件到某個存儲設(shè)備,同時通過連續(xù)視頻服務(wù)觀看世界杯,那么設(shè)計者如何確保這些功能都能夠?qū)崿F(xiàn)?要想完整地測試多功能集成的設(shè)備,設(shè)計者必須超越技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的局限,針對設(shè)備的實際工作與性能要求進行測試。

設(shè)計者所面臨的另一個挑戰(zhàn)就是:隨著設(shè)備集成度的提高,檢測無線發(fā)射器的問題變得越來越困難。要想在頻域、時域和數(shù)字域中同時觀察某個信號路徑,可能需要多種測試儀器,因此要想把硬件和軟件的問題隔離開就變得越來越困難。在多種儀器之間以及在整個信號路徑上將信號事件之間的時間關(guān)系關(guān)聯(lián)起來,這種測試功能已經(jīng)成為調(diào)試現(xiàn)代無線設(shè)計所必不可少的一部分。

不論頻譜分析儀、示波器和邏輯分析儀的存儲容量有多少,它們存儲事件的能力都是有限的。因此當(dāng)我們需要在多個儀器之間關(guān)聯(lián)某個信號事件的時候,必須在存儲器存滿之前,在該事件發(fā)生時實時地隔離出所關(guān)注的信號。否則,要想在多個域之間截取某個隨時間變化的問題幾乎是不可能的。

無線設(shè)備在工作時可能會出現(xiàn)周期性地掛起,干擾其他消費電子產(chǎn)品的工作(例如電臺),或者無法完全發(fā)揮應(yīng)有的功能,這些問題都會使消費者對它的技術(shù)水平和相應(yīng)的產(chǎn)品供應(yīng)商喪失信心。為了避免這種糟糕的情況,選擇一種能夠滿足當(dāng)今無線產(chǎn)品設(shè)計與調(diào)試需求的高性能頻譜分析儀是至關(guān)重要的,這種頻譜分析儀不僅要能夠檢驗產(chǎn)品的真實性能,也要能夠檢測高度集成的無線發(fā)射器的功能。

無線技術(shù)的挑戰(zhàn)

在過去幾年中,用戶所接觸的產(chǎn)品功能越來越強大,其目的在于在移動電話這種單一設(shè)備中集成多種方便實用的技術(shù),從而增強用戶的多功能體驗。新的高速數(shù)據(jù)技術(shù),例如HSDPA/HSUPA和A版本的1xEV-DO,能夠為用戶提供更強大的功能,例如廣播視頻和高速E-mail等。而且,諸如衛(wèi)星與地球視頻廣播、UWB和WLAN等技術(shù)也將集成到移動手持式設(shè)備之中。

這種多功能集成的趨勢為設(shè)計者提出了兩大嚴(yán)峻的挑戰(zhàn):處理快速變化的帶寬分配需求,以及對高度集成的系統(tǒng)中發(fā)生的問題進行隔離。今天,大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)只需要在固定操作狀態(tài)下進行無線發(fā)射器測試。但是,從本質(zhì)上來看,高速數(shù)據(jù)服務(wù)的用戶模型(例如高速上網(wǎng)、收發(fā)E-mail和周期性的下載等)所需的帶寬是隨需求而實時變化的。

如果信號的峰值功耗與平均功耗的比值變化較大,這種瞬時的帶寬變化將會帶來更大的挑戰(zhàn)。當(dāng)其他的無線技術(shù)引起瞬時的電池消耗,或者當(dāng)帶外發(fā)送的信號干擾了靈敏接收機的工作時,就會出現(xiàn)上述的問題。

假設(shè)某個用戶希望通過移動電話通話,接通數(shù)據(jù)下載文件,利用UWB發(fā)送該文件到某個存儲設(shè)備,同時通過連續(xù)視頻服務(wù)觀看世界杯,那么設(shè)計者如何確保這些功能都能夠?qū)崿F(xiàn)?要想完整地測試多功能集成的設(shè)備,設(shè)計者必須超越技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的局限,針對設(shè)備的實際工作與性能要求進行測試。

線設(shè)備在工作時可能會出現(xiàn)周期性地掛起,干擾其他消費電子產(chǎn)品的工作(例如電臺),或者無法完全發(fā)揮應(yīng)有的功能,這些問題都會使消費者對它的技術(shù)水平和相應(yīng)的產(chǎn)品供應(yīng)商喪失信心。為了避免這種糟糕的情況,選擇一種能夠滿足當(dāng)今無線產(chǎn)品設(shè)計與調(diào)試需求的高性能頻譜分析儀是至關(guān)重要的,這種頻譜分析儀不僅要能夠檢驗產(chǎn)品的真實性能,也要能夠檢測高度集成的無線發(fā)射器的功能。

無線技術(shù)的挑戰(zhàn)

在過去幾年中,用戶所接觸的產(chǎn)品功能越來越強大,其目的在于在移動電話這種單一設(shè)備中集成多種方便實用的技術(shù),從而增強用戶的多功能體驗。新的高速數(shù)據(jù)技術(shù),例如HSDPA/HSUPA和A版本的1xEV-DO,能夠為用戶提供更強大的功能,例如廣播視頻和高速E-mail等。而且,諸如衛(wèi)星與地球視頻廣播、UWB和WLAN等技術(shù)也將集成到移動手持式設(shè)備之中。

這種多功能集成的趨勢為設(shè)計者提出了兩大嚴(yán)峻的挑戰(zhàn):處理快速變化的帶寬分配需求,以及對高度集成的系統(tǒng)中發(fā)生的問題進行隔離。今天,大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)只需要在固定操作狀態(tài)下進行無線發(fā)射器測試。但是,從本質(zhì)上來看,高速數(shù)據(jù)服務(wù)的用戶模型(例如高速上網(wǎng)、收發(fā)E-mail和周期性的下載等)所需的帶寬是隨需求而實時變化的。

如果信號的峰值功耗與平均功耗的比值變化較大,這種瞬時的帶寬變化將會帶來更大的挑戰(zhàn)。當(dāng)其他的無線技術(shù)引起瞬時的電池消耗,或者當(dāng)帶外發(fā)送的信號干擾了靈敏接收機的工作時,就會出現(xiàn)上述的問題。

假設(shè)某個用戶希望通過移動電話通話,接通數(shù)據(jù)下載文件,利用UWB發(fā)送該文件到某個存儲設(shè)備,同時通過連續(xù)視頻服務(wù)觀看世界杯,那么設(shè)計者如何確保這些功能都能夠?qū)崿F(xiàn)?要想完整地測試多功能集成的設(shè)備,設(shè)計者必須超越技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的局限,針對設(shè)備的實際工作與性能要求進行測試。

一、感知無線電的概念

感知無線電技術(shù)用以實現(xiàn)動態(tài)頻譜共享。通過檢測空中信號占用頻譜,通過探知無線環(huán)境中空閑頻譜資源,選擇可被自己利用頻率進行通信。租借系統(tǒng)通過采用感知無線電技術(shù),實時跟蹤授權(quán)系統(tǒng)占用頻率狀況,隨時使用、釋放頻段,在保障授權(quán)系統(tǒng)通信前提下,與授權(quán)系統(tǒng)動態(tài)共享頻譜。采用頻譜檢測方式獲取頻譜信息可使感知無線電技術(shù)能適應(yīng)無線環(huán)境頻譜使用狀況短期變化,高效利用頻譜,并且感知無線電技術(shù)不要求改造現(xiàn)有系統(tǒng),對無線信道環(huán)境和用戶需求都將具有較好適應(yīng)性。

感知無線電技術(shù)動態(tài)頻譜共享是自適應(yīng)傳輸技術(shù)思想在頻譜分配領(lǐng)域的運用。自適應(yīng)傳輸使無線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸適應(yīng)信道傳輸能力的變化,通過提高數(shù)據(jù)傳輸速率來改善頻譜利用率。而感知無線電使無線通信系統(tǒng)占用的頻譜適應(yīng)無線環(huán)境頻譜使用狀況的變化,通過增加共享同一頻段的系統(tǒng)數(shù)、用戶數(shù)來提高頻譜利用率。不管是自適應(yīng)傳輸技術(shù)還是感知無線電技術(shù),其思想的核心都是無線通信系統(tǒng)能自動地適應(yīng)外界環(huán)境和自身需求的變化。

感知無線電思想可以推廣到移動通信其它層面。從低層到高層,要求未來移動通信系統(tǒng)能檢測系統(tǒng)各層參數(shù)與狀態(tài),如鏈路質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)拓撲、業(yè)務(wù)負載、甚至用戶需求,并能適應(yīng)這些變化。從通信端到端,在存在重疊覆蓋多種無線電通信環(huán)境下,要求移動設(shè)備能夠在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間切換,實現(xiàn)包括終端、網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)在內(nèi)的端到端重配置。這也就是所謂的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)(CognitiveNetwork)。

二、感知無線電關(guān)鍵技術(shù)分析

作為一種新的智能無線通信技術(shù),感知無線電可以感知到周圍的環(huán)境特征,采用構(gòu)建方法進行學(xué)習(xí),通過相關(guān)描述語言(RadioKnowledgeRepresentationLanguage,RKRL)與通信網(wǎng)絡(luò)智能交流,實時調(diào)整傳輸參數(shù),使系統(tǒng)的無線規(guī)則與輸入的無線電激勵的變化相適應(yīng),以達到隨時隨地通信系統(tǒng)的高可靠性和頻譜利用的高效性。無線規(guī)則指一系列適合無線頻譜合理使用的射頻帶寬、空中接口、相關(guān)協(xié)議和空間時間模式的設(shè)置。感知無線電系統(tǒng)的重構(gòu)能力很重要,該功能就是以軟件無線電作為平臺來實現(xiàn)的。重構(gòu)功能是由軟件無線電實現(xiàn),而感知無線電的其他任務(wù)是通過信號處理和機器學(xué)習(xí)的過程實現(xiàn),其感知過程開始于無線電激勵的被動感應(yīng),以做出反應(yīng)行為而終止,一個基本的感知周期要大致分為3個基本過程,分別是無線傳輸場景分析、信道狀態(tài)估計及其容量預(yù)測、功率控制和頻譜管理,它們的順序執(zhí)行使感知無線電系統(tǒng)的感知功能得以實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：感知無線電；信道；傳輸場景

摘要：感知無線電技術(shù)是在軟件無線電技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的智能無線通信技術(shù)，是軟件無線電技術(shù)的擴展，它使軟件無線電從預(yù)先定義協(xié)議的盲目執(zhí)行者轉(zhuǎn)變成為無線電領(lǐng)域的智能。感知無線電雖具有獨特的優(yōu)點，但技術(shù)并不成熟，本文對感知無線電的無線傳輸場景分析、信道狀態(tài)估計及其容量預(yù)測、功率控制和頻譜管理，無線電知識描述語言等關(guān)鍵問題進行了探討，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)工作的開展提供一些參考。

一、感知無線電的概念

感知無線電技術(shù)用以實現(xiàn)動態(tài)頻譜共享。通過檢測空中信號占用頻譜，通過探知無線環(huán)境中空閑頻譜資源，選擇可被自己利用頻率進行通信。租借系統(tǒng)通過采用感知無線電技術(shù)，實時跟蹤授權(quán)系統(tǒng)占用頻率狀況，隨時使用、釋放頻段，在保障授權(quán)系統(tǒng)通信前提下，與授權(quán)系統(tǒng)動態(tài)共享頻譜。論文百事通采用頻譜檢測方式獲取頻譜信息可使感知無線電技術(shù)能適應(yīng)無線環(huán)境頻譜使用狀況短期變化，高效利用頻譜，并且感知無線電技術(shù)不要求改造現(xiàn)有系統(tǒng)，對無線信道環(huán)境和用戶需求都將具有較好適應(yīng)性。

感知無線電技術(shù)動態(tài)頻譜共享是自適應(yīng)傳輸技術(shù)思想在頻譜分配領(lǐng)域的運用。自適應(yīng)傳輸使無線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸適應(yīng)信道傳輸能力的變化，通過提高數(shù)據(jù)傳輸速率來改善頻譜利用率。而感知無線電使無線通信系統(tǒng)占用的頻譜適應(yīng)無線環(huán)境頻譜使用狀況的變化，通過增加共享同一頻段的系統(tǒng)數(shù)、用戶數(shù)來提高頻譜利用率。不管是自適應(yīng)傳輸技術(shù)還是感知無線電技術(shù)，其思想的核心都是無線通信系統(tǒng)能自動地適應(yīng)外界環(huán)境和自身需求的變化。

感知無線電思想可以推廣到移動通信其它層面。從低層到高層，要求未來移動通信系統(tǒng)能檢測系統(tǒng)各層參數(shù)與狀態(tài)，如鏈路質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)拓撲、業(yè)務(wù)負載、甚至用戶需求，并能適應(yīng)這些變化。從通信端到端，在存在重疊覆蓋多種無線電通信環(huán)境下，要求移動設(shè)備能夠在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間切換，實現(xiàn)包括終端、網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)在內(nèi)的端到端重配置。這也就是所謂的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)(CognitiveNetwork)。

論文關(guān)鍵詞:感知無線電；信道；傳輸場景

論文摘要:感知無線電技術(shù)是在軟件無線電技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的智能無線通信技術(shù)，是軟件無線電技術(shù)的擴展，它使軟件無線電從預(yù)先定義協(xié)議的盲目執(zhí)行者轉(zhuǎn)變成為無線電領(lǐng)域的智能。感知無線電雖具有獨特的優(yōu)點，但技術(shù)并不成熟，本文對感知無線電的無線傳輸場景分析、信道狀態(tài)估計及其容量預(yù)測、功率控制和頻譜管理，無線電知識描述語言等關(guān)鍵問題進行了探討，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)工作的開展提供一些參考。

一、感知無線電的概念

感知無線電技術(shù)用以實現(xiàn)動態(tài)頻譜共享。通過檢測空中信號占用頻譜，通過探知無線環(huán)境中空閑頻譜資源，選擇可被自己利用頻率進行通信。租借系統(tǒng)通過采用感知無線電技術(shù)，實時跟蹤授權(quán)系統(tǒng)占用頻率狀況，隨時使用、釋放頻段，在保障授權(quán)系統(tǒng)通信前提下，與授權(quán)系統(tǒng)動態(tài)共享頻譜。采用頻譜檢測方式獲取頻譜信息可使感知無線電技術(shù)能適應(yīng)無線環(huán)境頻譜使用狀況短期變化，高效利用頻譜，并且感知無線電技術(shù)不要求改造現(xiàn)有系統(tǒng)，對無線信道環(huán)境和用戶需求都將具有較好適應(yīng)性。

感知無線電技術(shù)動態(tài)頻譜共享是自適應(yīng)傳輸技術(shù)思想在頻譜分配領(lǐng)域的運用。自適應(yīng)傳輸使無線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸適應(yīng)信道傳輸能力的變化，通過提高數(shù)據(jù)傳輸速率來改善頻譜利用率。而感知無線電使無線通信系統(tǒng)占用的頻譜適應(yīng)無線環(huán)境頻譜使用狀況的變化，通過增加共享同一頻段的系統(tǒng)數(shù)、用戶數(shù)來提高頻譜利用率。不管是自適應(yīng)傳輸技術(shù)還是感知無線電技術(shù)，其思想的核心都是無線通信系統(tǒng)能自動地適應(yīng)外界環(huán)境和自身需求的變化。

感知無線電思想可以推廣到移動通信其它層面。從低層到高層，要求未來移動通信系統(tǒng)能檢測系統(tǒng)各層參數(shù)與狀態(tài)，如鏈路質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)拓撲、業(yè)務(wù)負載、甚至用戶需求，并能適應(yīng)這些變化。從通信端到端，在存在重疊覆蓋多種無線電通信環(huán)境下，要求移動設(shè)備能夠在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間切換，實現(xiàn)包括終端、網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)在內(nèi)的端到端重配置。這也就是所謂的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)(CognitiveNetwork)。

關(guān)鍵詞：感知無線電；信道；傳輸場景

摘要：感知無線電技術(shù)是在軟件無線電技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的智能無線通信技術(shù)，是軟件無線電技術(shù)的擴展，它使軟件無線電從預(yù)先定義協(xié)議的盲目執(zhí)行者轉(zhuǎn)變成為無線電領(lǐng)域的智能。感知無線電雖具有獨特的優(yōu)點，但技術(shù)并不成熟，本文對感知無線電的無線傳輸場景分析、信道狀態(tài)估計及其容量預(yù)測、功率控制和頻譜管理，無線電知識描述語言等關(guān)鍵問題進行了探討，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)工作的開展提供一些參考。

一、感知無線電的概念

感知無線電技術(shù)用以實現(xiàn)動態(tài)頻譜共享。通過檢測空中信號占用頻譜，通過探知無線環(huán)境中空閑頻譜資源，選擇可被自己利用頻率進行通信。租借系統(tǒng)通過采用感知無線電技術(shù)，實時跟蹤授權(quán)系統(tǒng)占用頻率狀況，隨時使用、釋放頻段，在保障授權(quán)系統(tǒng)通信前提下，與授權(quán)系統(tǒng)動態(tài)共享頻譜。采用頻譜檢測方式獲取頻譜信息可使感知無線電技術(shù)能適應(yīng)無線環(huán)境頻譜使用狀況短期變化，高效利用頻譜，并且感知無線電技術(shù)不要求改造現(xiàn)有系統(tǒng)，對無線信道環(huán)境和用戶需求都將具有較好適應(yīng)性。

感知無線電技術(shù)動態(tài)頻譜共享是自適應(yīng)傳輸技術(shù)思想在頻譜分配領(lǐng)域的運用。自適應(yīng)傳輸使無線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸適應(yīng)信道傳輸能力的變化，通過提高數(shù)據(jù)傳輸速率來改善頻譜利用率。而感知無線電使無線通信系統(tǒng)占用的頻譜適應(yīng)無線環(huán)境頻譜使用狀況的變化，通過增加共享同一頻段的系統(tǒng)數(shù)、用戶數(shù)來提高頻譜利用率。不管是自適應(yīng)傳輸技術(shù)還是感知無線電技術(shù)，其思想的核心都是無線通信系統(tǒng)能自動地適應(yīng)外界環(huán)境和自身需求的變化。

感知無線電思想可以推廣到移動通信其它層面。從低層到高層，要求未來移動通信系統(tǒng)能檢測系統(tǒng)各層參數(shù)與狀態(tài)，如鏈路質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)拓撲、業(yè)務(wù)負載、甚至用戶需求，并能適應(yīng)這些變化。從通信端到端，在存在重疊覆蓋多種無線電通信環(huán)境下，要求移動設(shè)備能夠在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間切換，實現(xiàn)包括終端、網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)在內(nèi)的端到端重配置。這也就是所謂的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)(CognitiveNetwork)。

近年來，在我國各個生產(chǎn)和生活領(lǐng)域中均可見到無線通信技術(shù)的身影。然而，在無線通信技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模不斷擴大的今天，分布式頻譜資源稀缺的問題越來越突出，相關(guān)研究也沒有取得突破性進展?，F(xiàn)階段，在我國通信進一步的發(fā)展過程中，無線頻譜的缺乏成為主要的限制因素。于是，認(rèn)知無線電技術(shù)應(yīng)運而生，并在社會范圍內(nèi)得到了廣泛關(guān)注。相較于傳統(tǒng)無線電技術(shù)，認(rèn)知無線電技術(shù)的最大優(yōu)勢在于能夠有效提高頻譜利用率，解決分布式頻譜資源不足的問題[1]。在我國，認(rèn)知無線電技術(shù)已被授權(quán)并分配給若干通信系統(tǒng)，但頻譜資源的利用水平仍有待提升。如何在不影響授權(quán)用戶通信的情況下，對授權(quán)系統(tǒng)所占用的空閑頻段進行有效利用，并以該方式全面提升系統(tǒng)頻譜資源的使用效率，成為認(rèn)知無線電技術(shù)面對的首要問題。我國對認(rèn)知無線電技術(shù)的研究情況主要集中在自適應(yīng)傳輸技術(shù)。當(dāng)前，認(rèn)知無線電系統(tǒng)具備的自適應(yīng)傳輸技術(shù)已經(jīng)基本實現(xiàn)，可根據(jù)環(huán)境變化動態(tài)調(diào)整傳輸參數(shù)。

1認(rèn)知無線通信系統(tǒng)的發(fā)展

無線電技術(shù)在人類歷史上的發(fā)展時間較短，直至20世紀(jì)末，國外才有相關(guān)學(xué)者系統(tǒng)地提出這一概念，并就無線電的基本原理展開了相關(guān)闡述。此后，隨著無線電優(yōu)勢的不斷突出和在臨床實際應(yīng)用中卓越價值的不斷顯現(xiàn)，越來越多的人投入無線電的研究隊伍。至此，對無線電眾多相關(guān)項目的研究拉開序幕。近年來，隨著研究的不斷深入，認(rèn)知無線通信系統(tǒng)已成為當(dāng)前無線電領(lǐng)域的主要研究方向。首先，相較于傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)，認(rèn)知無線通信系統(tǒng)能夠全面增加系統(tǒng)中可用頻譜的數(shù)量，保證大量無線信息的傳輸，對無線傳輸技術(shù)的進步具有重要的促進作用；其次，認(rèn)知無線通信系統(tǒng)的設(shè)備制造商可以為用戶生產(chǎn)新設(shè)備，在產(chǎn)品銷售過程中為設(shè)備制造商獲得利益；最后，認(rèn)知無線電技術(shù)能夠為用戶提供一個有效的信息傳輸系統(tǒng)，使其工作和生活更加便利、高效。

2認(rèn)知無線電關(guān)鍵技術(shù)

2.1空閑頻譜感知檢測技術(shù)。空閑頻譜感知檢測技術(shù)即是以用戶無線環(huán)境的感知為基礎(chǔ)確定的“頻譜空調(diào)”。頻譜空調(diào)是指最初分配給授權(quán)用戶使用但功率頻帶非常低且在某些時間段內(nèi)未能被授權(quán)用戶充分使用的頻帶資源。該段頻率只包含低功率噪聲干擾的授權(quán)用戶信號或者與低功率噪聲干擾相似的授權(quán)用戶信號，頻帶內(nèi)部往往存在大量的空白區(qū)域，而空白區(qū)域的形成為系統(tǒng)使用頻譜資源提供了更多可能[2]?？臻e頻譜感知檢測技術(shù)即充分利用此空白區(qū)域，對用戶頻帶資源使用情況進行分析和辨別，并以此為基礎(chǔ)選擇頻譜通信，有效實現(xiàn)頻譜資源的共享且不影響用戶正常通信。目前，我國常用頻譜檢測方法主要包括匹配濾波器的檢測、能量的檢測以及循環(huán)平穩(wěn)的檢測三類。（1）匹配濾波器的檢測。實質(zhì)上，匹配濾波器為線性最佳濾波器，具有最大的輸出信噪比，在信號檢測中起著重要作用。匹配濾波器的檢測屬于相干檢測中的一類。理論和實踐經(jīng)驗證實，它可用于判斷系統(tǒng)中是否存在信號，并把握最佳時機輸出最大信噪比，顯著提高信號檢測的準(zhǔn)確性。另外，匹配濾波器也是輸出SNR的最大濾波器，在信號檢測方面有較大優(yōu)勢，具有檢測準(zhǔn)確、快速的特點。匹配濾波器也有不足，如它對授權(quán)用戶的先驗信息依賴較大，若用戶的先驗信息不準(zhǔn)確，則檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性大大降低。此外，匹配濾波器的使用限制較多，在對不同類型的授權(quán)用戶進行檢測時，往往需要匹配特殊的接收器，導(dǎo)致可操作性低、應(yīng)用推廣難度大，使用進一步受限[3]。（2）能量的檢測。在沒有任何發(fā)端信息的背景下，能量檢測方法是僅次于匹配濾波器檢測的方法，屬于信號的非相關(guān)檢測。相較于匹配濾波器檢測，我國對于能量檢測技術(shù)的研究更加成熟。當(dāng)接收器無法從主用戶信號獲得足夠信息時，能量檢測便成為系統(tǒng)檢測的首選方式。檢測步驟如下。首先，在帶通濾波器中接收由接收機發(fā)出的信號，然后以接收到的實際數(shù)據(jù)為依據(jù)，計算濾波器輸出信號的平方值，進而將平方值與信號觀察時間相結(jié)合，計算出積分。其次，將計算值與預(yù)定閾值進行比較，判斷系統(tǒng)中是否存在信號。使用能量檢測方法的頻譜感測存在的主要問題是難以確定閾值，因為閾值取決于噪聲功率。在實際的系統(tǒng)運行過程中，噪聲功率會在各種因素的影響下不斷發(fā)生改變。檢測過程中，門限設(shè)置太高會造成部分授權(quán)用戶信息遺漏，給授權(quán)用戶的系統(tǒng)使用安全性與穩(wěn)定性帶來不利影響。門限值設(shè)置太低，會導(dǎo)致頻譜利用率降低，不利于檢測效率和效益的提升[4]。此外，能量檢測器只能判斷是否存在信號，不能識別信號，容易在未知信號影響下得出錯誤的檢測結(jié)果。（3）循環(huán)平穩(wěn)的檢測。當(dāng)信噪比較低時，能量檢測器無法有效區(qū)分信號和噪聲，導(dǎo)致上述兩種檢測方法失效。此時，循環(huán)平穩(wěn)檢測的價值得以顯現(xiàn)。在大多數(shù)無線通信應(yīng)用中，信號通常來自人工周期性信號調(diào)制，一般包含循環(huán)平穩(wěn)的特性。受此影響，信號的檢測和估計參數(shù)可以通過計算信號的循環(huán)譜密度來執(zhí)行。首先，對基帶信號進行N點FFT變換，得到功率譜密度。其次，檢測特征值與擴頻信號[5]。循環(huán)平穩(wěn)的檢測也有檢測計算量大和檢測等待時間長的不足。此外，在某些情況下，該檢測方法會影響授權(quán)用戶的通信。通常，檢測算法只在某一個認(rèn)知用戶中完成。授權(quán)用戶的信號不僅覆蓋范圍廣，還具有路徑多的特點。在這樣的背景下，單一的檢測可能無法對用戶實際系統(tǒng)使用情況與接收到的信號進行準(zhǔn)確判斷，造成檢測結(jié)果出錯。對此類問題，可通過合作檢測方式進行避免[6]。2.2頻譜共享技術(shù)。在認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)，如何實現(xiàn)頻譜資源的共享是空閑頻譜應(yīng)用中需要解決的主要問題。只有有效使用頻譜資源且同時不影響授權(quán)用戶，才能真正體現(xiàn)頻譜共享技術(shù)的優(yōu)勢與價值[7]。目前，我國關(guān)于頻譜共享技術(shù)的研究主要集中在動態(tài)的頻譜分配。對它進行具體分析可從以下三個方面入手。第一，基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的頻譜共享技術(shù)。該方案主要針對集中式解決方案。在此解決方案中，頻譜的分配與用戶接入過程由一個集中單元控制，同時該控制單元負責(zé)對網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點檢測到的頻譜信息進行控制與管理，并在對信息進行分析整理的基礎(chǔ)上制作頻譜分配映射圖。由于頻譜分配策略是由所有分布式節(jié)點參與制定的，在該模式下節(jié)點本身將直接決定頻譜訪問。第二，基于對頻譜進行分配的頻譜共享技術(shù)。該方案的研究內(nèi)容主要是單用戶通信與其他用戶通信之間的關(guān)系。方案中的所有節(jié)點從共享感知中獲得信息，而獲得的信息將被用作頻譜分配計算的參考指標(biāo)[8]。第三，基于接入技術(shù)的頻譜共享技術(shù)。Overlay技術(shù)中，認(rèn)知節(jié)點可使用未經(jīng)授權(quán)用戶的系統(tǒng)來訪問某些網(wǎng)絡(luò)。該技術(shù)能夠最大限度地減少對授權(quán)用戶造成的影響。此外，Underlay技術(shù)中，可利用擴頻技術(shù)在蜂窩網(wǎng)絡(luò)獲取頻譜分配圖，能夠有效處理授權(quán)用戶認(rèn)知節(jié)點傳輸信號的噪聲，相比于Overlay方案，能夠有效利用增加的帶寬。

3結(jié)論

1方案設(shè)計

PBS表示主基站(PrimaryBaseStation)，通過光纜可以將各類監(jiān)測數(shù)據(jù)、感知數(shù)據(jù)、計量數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶冸娬緝?nèi)的各種應(yīng)用系統(tǒng)子站，也可以根據(jù)需要將數(shù)據(jù)通過電力骨干網(wǎng)絡(luò)(SDH等)傳輸?shù)绞‰娏緝?nèi)的系統(tǒng)主站，CBS表示認(rèn)知基站(CognitiveBaseStation)，通過光纜與主基站連接進行信息交互，通過無線方式與次用戶通信，PU表示主用戶即授權(quán)用戶(PrimaryUser)，SU表示次用戶即認(rèn)知用戶(SecondaryUser)，這里的用戶在實際應(yīng)用場景中泛指各種無線通信終端，本文為與認(rèn)知無線電的各種概念保存一致，也稱為用戶，各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過授權(quán)用戶或次用戶將數(shù)據(jù)傳輸?shù)交?，SB表示頻譜經(jīng)紀(jì)人(SpectrumBroker)，通過光纜或者網(wǎng)線形式與認(rèn)知基站進行信息交互。認(rèn)知基站負責(zé)認(rèn)知用戶的控制和管理，主要包括對認(rèn)知用戶的感知結(jié)果進行融合、空閑信道資源分配、接入及切換管理。頻譜使用區(qū)域分授權(quán)頻段區(qū)域和非授權(quán)頻段區(qū)域，在授權(quán)頻段區(qū)域，認(rèn)知基站與主基站進行信息交互，降低感知目標(biāo)頻段的盲目性，認(rèn)知用戶根據(jù)認(rèn)知基站的交互信息，感知授權(quán)用戶的授權(quán)頻段的空閑情況并利用。在非授權(quán)頻段區(qū)域，認(rèn)知用戶感知非授權(quán)頻段的使用情況并進行競爭利用，能夠及時規(guī)避干擾頻段，使用動態(tài)分配的頻譜資源，在該區(qū)域中頻譜經(jīng)紀(jì)人充當(dāng)協(xié)調(diào)者角色，負責(zé)不同認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)之間的頻譜資源協(xié)調(diào)管理。為提高頻譜感知效率，縮短系統(tǒng)接入時間，提升頻譜切換性能，本文設(shè)計兩張用于認(rèn)知基站內(nèi)維護的信息表，一張是可用頻率資源列表，一張是交互信息列表?！邦l帶范圍”表示認(rèn)知用戶可以使用的頻段的范圍，“頻帶歷史使用信息”表示該段空閑頻段的歷史使用情況，包括數(shù)據(jù)傳輸平均占用時長和空閑率，由此可以計算頻段的大致可用時長;“頻帶帶寬”表示可用的頻帶寬度;“干擾水平”表示歷史干擾水平和當(dāng)前干擾水平，干擾水平是指空閑頻譜所遭受的干擾程度和強度，包括無線環(huán)境下的路徑損耗等干擾和電力設(shè)施運行時的電磁干擾，以功率形式量化，結(jié)合相關(guān)系數(shù)，可以計算信道最大容量;“可用狀態(tài)”表示頻率資源的利用方式，包括共享式和獨享式，共享式是指認(rèn)知用戶與授權(quán)用戶共享頻率資源，但不會對授權(quán)用戶造成干擾，或者是由多個認(rèn)知用戶之間進行共享使用空閑授權(quán)頻率資源或空閑非授權(quán)頻率資源，獨享式是指空閑頻率資源無其他用戶使用，由單個認(rèn)知用戶單獨享用。綜合以上信息，認(rèn)知基站能夠根據(jù)認(rèn)知用戶的需求情況快速找到匹配資源進行分配，提高了分配效率、縮短了分配時間，根據(jù)業(yè)務(wù)特性，有選擇地選取特定頻譜實現(xiàn)與業(yè)務(wù)需求的匹配。

2頻率分配方法

本文假設(shè)頻譜感知由物理層來完成，而且能夠獲得準(zhǔn)確的感知結(jié)果，MAC層在獲取感知結(jié)果的基礎(chǔ)上主要負責(zé)頻譜資源的動態(tài)管理。其中頻譜分配和頻譜干擾規(guī)避是頻譜資源管理的重要部分，也是電力行業(yè)應(yīng)用下需要解決的重要問題。在分配階段，提出基于迫切性和公平性的頻譜資源分配方法，不僅考慮認(rèn)知用戶的接入的迫切程度，同時也需考慮用戶接入的公平性。迫切性和公平性是影響資源分配的重要參考內(nèi)容，影響迫切性主要參數(shù)包括:業(yè)務(wù)優(yōu)先級、等待時間，影響公平性主要參數(shù)包括:用戶不良信用記錄、用戶接入成功率，其中，業(yè)務(wù)優(yōu)先級是指業(yè)務(wù)的重要程度，等待時間是指用戶數(shù)據(jù)的有效期，超過一定時間，數(shù)據(jù)的傳輸就無意義，在電力行業(yè)下，這一參數(shù)尤其重要，用戶不良信用記錄是指用戶分配到頻率資源但沒有利用的信用記錄，接入成功率是指用戶請求分配且獲得分配的概率，為公平起見，接入成功率越低的用戶分配的可能性就越大。

3頻率切換方法

由于認(rèn)知用戶使用授權(quán)用戶暫時未使用的授權(quán)頻段，一旦授權(quán)用戶出現(xiàn)，認(rèn)知用戶需要立即采取相應(yīng)措施以免對授權(quán)用戶的使用造成干擾，或者當(dāng)認(rèn)知用戶使用的非授權(quán)頻段的頻譜環(huán)境惡化，也需采取措施來防止業(yè)務(wù)受到重大影響，另外，電力系統(tǒng)中復(fù)雜的電磁干擾進一步加劇了無線環(huán)境的復(fù)雜度，帶來了更大的干擾，影響頻譜資源的使用，在此條件下，除共享頻率之外，頻率切換也是有效解決措施之一，設(shè)計合理的目標(biāo)頻段切換機制對切換性能有著十分重要的影響。本文在此基礎(chǔ)上提出一種基于加權(quán)的多參量目標(biāo)頻段切換算法，認(rèn)知基站根據(jù)認(rèn)知用戶的業(yè)務(wù)特性和需求進行計算選取目標(biāo)切換頻段并分配，這樣就有利于進一步降低認(rèn)知用戶的復(fù)雜度，綜合考慮多種選擇因素，彌補單一屬性選擇的不足。

1寬帶無線通信的實時多域分析

隨著通信體制的改革，寬帶無線通信的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化：由單一的載波調(diào)試系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槎噍d波調(diào)制系統(tǒng)。信號調(diào)制的方法也由簡單的QPSK、BPSK、FSK轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠A的8-PSK、OQPSK、QAM。在數(shù)據(jù)編碼方式方面，也由早期的代數(shù)碼、分組碼、RS碼發(fā)展為LDPC碼、Turbo碼、卷積碼。為了滿足通信的抗干擾性和安全性要求，擴頻、跳頻通信技術(shù)的應(yīng)用范圍也不斷擴展。這些新技術(shù)、新方法的應(yīng)用，使寬帶無線通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾蚀蟠筇岣摺?/p>

1.1寬帶無線通信的實時多域分析架構(gòu)

該系統(tǒng)的后端采用的是全數(shù)字中頻結(jié)構(gòu)，前端采用的是超外差結(jié)構(gòu)，在數(shù)字域中能夠完成信號的多域聯(lián)合分析、調(diào)制分析、頻譜分析。通過寬帶的數(shù)字掃描和分析，在測試頻帶上能夠連續(xù)掃描信號頻譜信息，將其送入到上層結(jié)構(gòu)中。在該模式下，經(jīng)過DDC處理可以得到I/O信號，在滿足條件時能夠?qū)⑵浯鎯Φ酱鎯ζ髦?。該系統(tǒng)是一個開放性、多邊形的數(shù)字信號處理系統(tǒng)，與目前的分析架構(gòu)相比，該系統(tǒng)能夠根據(jù)測量對象的要求和特點，在線生成新的硬件算法，從而為通信信號實時多域分析提供可能。由于該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析方法是通過DSA和FPGA來實現(xiàn)的，大大減少了系統(tǒng)的開銷，也提高了系統(tǒng)測試的速度。

1.2通信分析

在該分析架構(gòu)模式下，經(jīng)過通信分析，在抽取數(shù)字濾波后，將其存儲到相應(yīng)的存儲器中，以I/O信號基帶來進行處理，這樣就實現(xiàn)了通信性能的快速分析和測試。