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1、毕 业 设 计（论 文）设计（论文）题目: 认知无线电中频谱 感知技术研究 学生姓名 指导教师 二级学院 信息技术学院 专 业 通信工程 班级 通信工程 学号 提交日期 20 年4月25日 答辩日期 20 年5月4日 金陵科技学院学士学位论文 目录目 录摘 要IIIAbstractIV前 言V1 绪 论11.1 课题的提出11.2 课题的意义11.3 本课题的主要工作和安排22 认知无线电32.1 认知无线电32.1.1认知无线电的提出32.1.2什么是认知无线电32.2 认知无线电工作原理42.2.1 认知无线电工作原理42.2.2 认知无线电涉及的主要问题52.3 认知无线电网络53 认知
2、无线电频谱感知技术83.1 什么是频谱感知技术83.2 频谱感知技术的主要类型83.3 发射机检测83.3.1 匹配滤波器检测83.3.2 能量检测93.3.3 周期检测103.4 合作检测113.5 接收机检测123.6 基于干扰温度的检测144 基于MATLAB周期检测仿真154.1 仿真流程154.2 主要参数设计154.3 性能分析164.4 各种检测技术优缺点比较185 小 结19参考文献20附 录21致 谢26金陵科技学院学士学位论文 摘要认知无线电中频谱感知技术研究摘 要认知无线电是在软件无线电的基础上发展而来的能够自适应外界环境变化的智能无线电技术。它的提出时基于无线电用户数量
3、急剧增加，现有的频谱分配严重失衡和频谱资源的溃乏。认知无线电通过对外界环境的检测、分析、推理、学习等措施，实现特定的系统工作参数上的实时改变，以达到最佳状态。它具有在不影响其他授权用户的前提下智能地利用空闲的频谱的能力，同时还具有随时随地、智能、高可靠通信的潜能。频谱感知技术是认知无线电通信的一个重要前提，它可以分为三大部分：发射机探测，合作探测，接收机检测，基于干扰的探测。本文通过学习认知无线电相关的定义，原理，然后研究如何有效地探测频谱孔，以提高频谱的利用率，最终间接地改善无线网络的容量。重点放在频谱感知功能和频谱探测方法。关键词：认知无线电；软件无线电；频谱感知；频谱孔；频谱探测金陵科技
4、学院学士学位论文 AbstractMethods to Spectrum Sensing in Cognitive RadioAbstractCognitive radio is based on software radio development came to adaptive changes in the external environment of the intelligent radio technology. Based on its radio when a sharp increase in the number of users, existing a serious
5、imbalanced spectrum allocation and spectrum resources in the lack of collapse. Cognitive radio to the external environment through the detection, analysis, reasoning, learning and other measures, the achievement of specific operating parameters of the systems real-time change in order to achieve the
6、 best condition. It is without prejudice to other authorized users under the premise of the smart use of idle capacity of the spectrum, but also has at any time, intelligent, highly reliable communications potential. Spectrum sensing of cognitive radio technology is an important prerequisite for com
7、munication, it can be divided into three main parts: transmitter detection, cooperative detection, receiver detection, detection based on interference. In this paper, the study related to the definition of cognitive radio principle, and then consider how best to detect spectrum holes, to improve spe
8、ctrum utilization, and ultimately improve indirectly the capacity of wireless networks. Focus on spectrum sensing function and the spectrum detection method.Key words: Cognitive radio; software radio; spectrum sensing; spectrum holes; spectrum detection金陵科技学院学士学位论文 前言前 言作为一种提高频谱资源利用率的无线电技术,认知无线电被称为未
9、来最热门的无线技术。认知无线电技术获得如此多的关注的背景是目前无线应用对频谱的利用情况：频谱资源稀缺，但是频谱的平均利用率却非常低。认知无线电的基本出发点就是，在不影响授权频段的正常通信的基础上，具有认知功能的无线通信设备可以接入授权的空闲频段内，并动态地利用频谱。认知无线电的核心思想就是使无线通信设备具有发现空闲频谱并合理利用的能力。认知无线电能从根本上解决目前因频谱的固定分配政策导致的对频谱资源的不合理应用。频谱感知的目的是发现频谱空穴，同时不能对主用户造成有害干扰。对频谱空穴的使用，主用户比认知用户具有更高级别频谱接入优先权。因此，认知用户在利用频谱空穴通信过程中，必须能够快速感知到主用
10、户的再次出现，及时进行频谱切换，腾出所占频段给主用户使用，或者继续使用原来频段，但需要通过调整传输频率或者调整机制来避免干扰。这就需要认识无线电系统具有频谱检测功能，能够实时地连续侦听频谱，以提高检测的可靠性。25金陵科技学院学士学位论文 第1章 绪论1 绪 论1.1 课题的提出随着无线通信技术的飞速发展，频谱资源变得越来越紧张。尤其是随着无线局域网络（WLAN）技术、无线个人域网络（WPAN）技术和无线城域网络（WMAN）技术的高速发展，人们对宽带无线应用提出了更高的要求。目前的频谱分配制度为固定频谱分配，将频谱分为2个部分：授权频段（LFB）和非授权频段（UFB）。大部分的频谱资源被用来作
11、为授权频段，如电视广播频段。非授权频段的频谱资源要少得多，上述的无线网络技术大多使用非授权频段工作。由于WLAN、WPAN、WMAN无线通信业务的迅猛发展，这些网络所工作的非授权频段已逐渐饱和。而另一方面，相当数量的频谱资源的利用率却非常低。以美国为例，根据联邦通信委员会（FCC）提供的数据来看，已分配的频谱利用率为15%-85%。因此，可以看出，现在基于固定频谱分配的资源利用率是很低的。有限的可用频谱和低的频谱利用率决定了需要一种新的通信方式开发现有频谱。为了解决上述问题，基本思路就是尽量提高现有频谱的利用率。于是，认知无线电的概念应运而生。认知无线电的基本出发点就是：在不影响授权频段的正常
12、通信的基础上，具有认知功能的无线通信设备可以按照某种“机会方式（Opportunistic Way）”接入授权的频段内，并动态地利用频谱。这种在空域、时域和频域中出现的可以被利用的频谱资源被称为“频谱空穴（Spectrum Holes）”。认知无线电的核心思想就是使无线通信设备具有发现“频谱空穴”并合理利用的能力。1.2 课题的意义认知无线电技术被认为是解决上述无线频谱低利用率的最佳方案。“认知无线电”以软件无线电为扩展平台,是一种新的智能无线通信技术。它能够感知周围的无线环境,通过对环境的理解、主动学习来实时调整传输参数等以适应外部无线环境的变化。一般来说,认知无线电应该具备这些功能。频谱感
13、知的目的是发现频谱空穴,同时不能对主用户造成有害干扰。认知用户在利用频谱空穴的通信过程中，必须能够感知到主用户的再次出现，及时进行频谱切换，腾出所占用频段给主用户使用，或者继续使用原来频段。这就需要认知无线电具有频谱检测功能，能够实时地连续侦听频谱。由此可知,独立可靠地检测到第一用户,感知到频谱空穴是认知无线电实现的前提和关键技术之一。1.3 本课题的主要工作和安排本论文先让大家了解认知无线电的产生及背景以及频谱感知技术在认知无线电中的作用及意义，然后对频谱感知中的各种检测方法进行了分别的了解和研究,研究各种检测方法的原理和它们各自的优缺点,并且形成比较表,让大家能够一目了然地观察。对周期检测
14、这一检测方法通过MATLAB工具进行着重研究,通过仿真，得出波形图，了解其性能及可行性。金陵科技学院学士学位论文 第2章 认知无线电2 认知无线电2.1 认知无线电2.1.1认知无线电的提出认知无线电的概念1最初由Joseph Mitola博士提出，他在1999年发表的一篇学术论文中描述了认识无线电如何通过一种“无线电知识表示语言（RKRL）”的新语言提高个人无线业务的灵活性，随后，在2000年的瑞典皇家科学院举行的博士论文答辩中详细探讨了这一理论。2.1.2什么是认知无线电3在认知无线电的发展过程中，对于认知无线电的定义和其功能的认识存在不同的观点。其中具有代表性的是Mitola和美国联邦通信委员会FCC的观点，其他的还有
