認知無線電中的頻譜空洞檢測技術

摘要：認知無線電是一種基于軟件無線電的智能的無線通信系統，它能夠認知周圍環境，并能夠通過一定的方法相應地改變某些工作參數來實時地適應環境，從而達到提高頻譜利用率、緩解頻譜資源緊張的目的。認知無線電的首要任務是檢測頻譜的空洞。通常用在認知無線電中的非參數譜估計的方法主要包括多窗譜估計、Welch方法等。多窗譜估計算法在進行干擾溫度的估計和頻譜空洞的判定時，能夠利用設立的多個傳感器對環境信號進行接收和監測，并按照多窗譜估計與奇異值分解(MTM-SVD)算法進行處理獲得干擾溫度估計值，最后將其與干擾溫度限比較判決，從而得到適合認知無線電系統應用的頻譜空洞。

　　自1999年認知無線電技術被提出以來，該技術就受到業內人士的普遍關注，被譽為是繼超無線寬帶(UWB)技術之后的另一個熱點技術。

通常的認知無線電系統能夠利用具有感知功能的無線通信設備，在不影響授權用戶使用的前提下，通過感知頻譜環境，采用“伺機”的方式非授權的使用某些頻段，從而形成網絡并達到良好通信效果。

美國電氣電子工程師學會(IEEE)于2004年10月正式成立IEEE 802.22工作組，其目的是研究無線區域網絡（WRAN），而認知無線電技術就是WRAN中的關鍵。美國聯邦通信委員會（FCC）2003年12月就相當于美國“電波法”的《FCC規則第15章》，公布了修正案，只要具備認知無線電功能，即使是其用途未獲許可的無線終端，也能使用需要無線許可的現有無線頻帶，FCC在推進智能無線技術的同時還將放寬有關限制。

同時，IEEE 802.16也成立了IEEE 802.16h工作組，致力于改進諸如策略和媒體接入控制增強等機制以確保基于IEEE 802.16的免許可證系統之間的共存，以及與有主要使用者的系統之間的共存。IEEE 802.16h使WiMAX能夠滿足FCC的要求，作為次要使用者使用空白的地面電視頻道，它的核心也是認知無線電技術。

1 認知無線電中的環境感知

認知無線電是可以感知外界通信環境的智能通信系統,它通過自適應地調整其自身內部的通信機理來達到對環境變化的適應。這樣的自適應調整一方面是為了改進系統的穩定性，另一方面是為了提高頻譜資源的利用率。從而達到在任何時刻、任何地點提供可靠的通信，并且能夠高效地使用無線頻譜資源的目的。

在其工作區域中，認知無限電系統需要感知并分析該工作區域的頻段，找出適合通信的“頻譜空洞”，在不影響已有通信系統的前提下伺機工作。從認知無線電工作流程上看，最先進行的工作是對該地無線信道環境的感知，即頻譜檢測和“空洞”的搜尋與判定。也就是說，頻譜環境的感知是認知無線電技術成立的前提和先決條件，只有在環境感知和檢測的基礎上，才能夠進行資源的使用和通信。