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認知無線電中的協作頻譜感知技術

2020年電子技術應用第5期

聶慧鋒1，徐聲海2

1.中國船舶重工集團公司第七二三研究所，江蘇揚州225001； 2.中國人民解放軍海軍裝備部駐上海地區軍事代表局駐揚州地區軍事代表室，江蘇揚州225001

摘要： 頻譜資源匱乏是目前通信領域遇到的一個難題，緩解頻譜資源短缺的一個有效方法是頻譜感知技術，它可以實現頻譜的動態利用，提高頻譜的利用率。首先介紹了能量檢測法、匹配濾波檢測法以及循環平穩特性檢測法3種單用戶譜感知技術，然后研究了協作頻譜感知技術的系統結構和感知模型，最后基于能量檢測法的協作頻譜感知中的“K-N”融合準則進行仿真，結果表明，當K=[N+1/2]時，協作頻譜感知的性能達到最優。

關鍵詞： 認知無線電協作頻譜感知檢測概率虛警概率

中圖分類號： TN929
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.191315
中文引用格式： 聶慧鋒，徐聲海. 認知無線電中的協作頻譜感知技術[J].電子技術應用，2020，46(5)：63-67，73.
英文引用格式： Nie Huifeng，Xu Shenghai. The technology of cooperative spectrum sensing in cognitive radio[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(5)：63-67，73.

The technology of cooperative spectrum sensing in cognitive radio

Nie Huifeng1，Xu Shenghai2

1.The 723 Institute of CSIC，Yangzhou 225001，China； 2.Military Representative Office of the PLA Navy Force in Yangzhou，Yangzhou 225001，China

Abstract： The lack of spectrum resources is a difficult problem in the communication field.An effective method to alleviate the shortage of spectrum resources is spectrum sensing technology,which can realize the dynamic utilization of spectrum and improve the utilization of spectrum. Firstly, this paper introduces three single-user spectrum sensing techniques:energy detection method,matched filter detection method and cyclostationary characteristic detection method.Then,the system structure and perception model of cooperative spectrum sensing technology are studied.Finally, the cooperative spectrum sensing of the "K-N" fusion criterion based on energy detection method is simulated,the simulation results show that cooperative spetrum sensing performance is optimal when K=[N+1/2].

Key words : cognitive radio；cooperative spectrum sensing；detection probability；false detection probability

0 引言

無線電頻譜資源是十分有限的，授權用戶(主用戶)可以獨享該授權頻段，而在主用戶處于休眠狀態時，該授權頻段處于空閑狀態，這樣導致了頻譜資源的浪費。頻譜資源匱乏和授權頻段利用率低下的矛盾日益突出，認知無線電被認為是目前解決這一矛盾最有潛力的通信技術之一^[1]。認知無線電(Cognitive Radio，CR)的概念是MITOLA J博士于1999年最早提出^[2]，其核心思想是通過感知周圍環境中的可用頻譜資源，在對主用戶不產生干擾的前提下使用該頻譜，以提高頻譜利用率^[3]。實現對主用戶通信不受影響，在次用戶接入前，在此特定的時間和空間內對所在的頻譜資源利用情況進行有效檢測，這就是頻譜感知技術^[4]。

認知無線電頻譜感知技術能夠有效提高頻譜利用率、緩解頻譜資源短缺的壓力。自CR的概念被提出，在理論和實際應用方面都取得了巨大的發展。其中具有代表性的是，由美國國防高級研究計劃署（DAPRA）資助的下一代無線通信（XG）項目主要研究系統方法和關鍵技術，以實現基于認知無線電技術的動態頻譜應用^[5]；德國Karlsruhe大學的JONDRAL F K 教授在文獻[6]中提出了頻譜池基本思想，頻譜共享池將一部分分配給不同業務的頻譜合并成一個公共的頻譜池。國內在認知無線電頻譜檢測技術方面也取得了顯著的研究成果，重慶大學的馮文江^[7]等人對加性高斯白噪聲信道下能量檢測法進行了研究，并比較了能量檢測法下認知用戶單獨檢測、協作檢測以及采用多樣性技術來檢測授權用戶的性能；文獻[8]提出一種基于循環平穩檢測的集中式協作頻譜感知機制，在保證感知能力的基礎上有效降低系統的復雜度；文獻[9]提出一種更精練的能量檢測算法，該算法能避免瞬時信號能量下降造成的錯誤檢測。

由于多徑效應、陰影效應及信道衰減等因素對單認知用戶的頻譜感知的性能有較大的影響，導致頻譜感知結果的可靠性差，為了克服這些問題，本文對多認知用戶的協作頻譜感知技術進行了研究，提出了一種快速選取K值的方法。

論文詳細內容請下載http://www.rjjo.cn/resource/share/2000002794

作者信息:

聶慧鋒1，徐聲海2

(1.中國船舶重工集團公司第七二三研究所，江蘇揚州225001；

2.中國人民解放軍海軍裝備部駐上海地區軍事代表局駐揚州地區軍事代表室，江蘇揚州225001)

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