1、内容内容阐述学习和了解通信前沿技术对学习通信工程专业学习的必要性，介绍现代无线通信技术的研究方向，重点介绍其中认知无线电频谱检测技术方向的有关内容。包括认知无线电的概念，认知无线电频谱检测技术产生的背景，认知无线电频谱检测技术的国内外现状，认知无线电频谱检测技术中值得研究的问题，认知无线电频谱检测技术相关的标准，认知无线电频谱检测技术研究的意义等。目录目录1 概论1.1背景1.2国内外研究现状1.3频谱检测中的其他技术问题1.4频谱检测中的标准1.5意义目录目录2 基于能量检测的最优门限2.1系统模型2.2单个从用户能量检测方法2.3多个从用户能量检测方法2.4Neyman-Pearson准则
2、2.5最小错误概率准则2.6单个从用户频谱检测的最优门限2.7多个从用户合作频谱检测的最优门限2.8仿真与讨论1 概论概论1.1背景1.2国内外研究现状1.3频谱检测中的其他技术问题1.4频谱检测中的标准1.5意义41.1背景背景1.随着无线通信技术的应用和发展，频谱资源相对于日益增加的通信需求变得十分有限。2.研究表明频谱资源在时间和空间上的利用率都非常低。3.不断扩大的通信需求与有限的频谱资源这一矛盾变得非常尖锐。引起这一矛盾的原因很大程度上取决于固定式的频谱分配政策。4.频谱检测是发现空闲频谱和提高频谱资源利用率的关键技术。1.1背景背景图1 美国0-6GHz频段功率谱密度分布1.1背景
3、背景1.为解决频谱分配不合理问题，FCC已经通过了频谱重用提案并允许在电视广播甚高频（VHF，Very High Frequency）和特高频（UHF，Ultra High Frequency）的专用频段中，引入从用户，实现认知无线电（CR,Cognitive Radio）技术。2.CR技术的两个主要能力，即认知能力和重配置能力。其中认知能力使CR能够感知周围环境，检测未利用频谱。认知过程主要有三个阶段：频谱感知、频谱分析和频谱决策，如图2所示。1.1背景背景图2 CR认知过程1.1背景背景1.频谱感知主要是指从用户必须准确检测出当前频段是否被主用户使用，只有从用户在不干扰主用户对授权频段使用
4、的情况下，才可以动态的接入授权频段。2.频谱分析是指从用户对感知到的可用频段进行带宽、信道等情况分析。3.频谱决策是指从用户根据频谱分析结果决定接入可用频段的具体操作参数。1.2国内外研究现状国内外研究现状1.单个从用户本地频谱检测技术图3 单个从用户本地频谱检测分类1.2国内外研究现状国内外研究现状2.多个从用户合作频谱检测技术图4 频谱检测中的衰落与隐蔽终端1.2国内外研究现状国内外研究现状2.多个从用户合作频谱检测技术图5 多个从用户合作频谱检测分类1.2国内外研究现状国内外研究现状3.噪声不确定环境下频谱检测技术图6 噪声不确定对检测的影响 1.2国内外研究现状国内外研究现状3.噪声不
5、确定环境下频谱检测技术图7 采样次数与噪声不确定度的关系 1.2国内外研究现状国内外研究现状4.多维频谱检测技术图8 主、从用户编码维度共享 1.2国内外研究现状国内外研究现状4.多维频谱检测技术图9 主、从用户方向角维度共享 1.2国内外研究现状国内外研究现状4.多维频谱检测技术图10 主、从用户空间维度共享 1.2国内外研究现状国内外研究现状4.多维频谱检测技术图11 时、空、时空二维空闲频谱示意图 1.2国内外研究现状国内外研究现状4.多维频谱检测技术图12 从用户检测概率与检测位置关系图 1.2国内外研究现状国内外研究现状4.多维频谱检测技术图13 从PDF角度分析空间虚警概率图 1.
6、2国内外研究现状国内外研究现状4.多维频谱检测技术图14 时域与时空二维空闲频谱检测概率对比示意图0.20.30.40.50.60.70.80.910.10.20.30.40.50.60.70.80.9P(C)Pnd,Pcd Pnd p=0.8Pcd p=0.8Pnd p=0.6Pcd p=0.6Pnd p=0.4Pcd p=0.41.2国内外研究现状国内外研究现状4.多维频谱检测技术图15 CR频率和时间维度上的频谱共享1.3频谱检测中的其他技术问题频谱检测中的其他技术问题1.宽带频谱感知的高采样速率和对应硬件2.提高检测精度和速度的算法3.对主用户的影响1.4频谱检测中的标准频谱检测中的标
7、准1.IEEE 802.11k，WLAN,AP2.IEEE 802.11b/g，2.4GHzBluetooth.Adaptive frequency hopping(AFH),the industrial,scientific and medical(ISM)3.IEEE 802.22 based wireless regional area network(WRAN)devices sense TV channels1.5意义意义CR网络的频谱检测技术是实现频谱资源共享、提高频谱利用率、保障主、从用户业务质量的关键技术，采用频谱检测技术可以有效地解决频谱资源利用率低和频谱资源紧缺之间的矛盾，
8、可以弥补频谱资源静态分配政策的不足，更好地满足无线通信业务对频谱资源的需求。2基于能量检测的最优门限基于能量检测的最优门限2.1系统模型2.2单个从用户能量检测方法2.3多个从用户能量检测方法2.4Neyman-Pearson准则2.5最小错误概率准则2.6单个从用户频谱检测的最优门限2.7多个从用户合作频谱检测的最优门限2.8仿真与讨论262.1系统模型系统模型27CR系统的频谱检测模型2.2单个从用户能量检测方法单个从用户能量检测方法单个从用户进行能量检测时，考虑将第i个从用户检测端接收到的信号能量Yi与预置的检测门限i进行比较，无论主用户发送何种信号，得到二元假设检验如下：28,0P(|
9、)f iiiPYH,1P(|)d iiiPYH2.2单个从用户能量检测方法单个从用户能量检测方法29单用户检测的Complement ROC曲线2.3多个从用户能量检测方法多个从用户能量检测方法为克服信道衰落及隐蔽终端的不利影响，采用简单计数方法中的“或”、“与”两种融合规则进行合作检测30,11(1)ndod iiQP,11(1)nfof iiQP,1(1)nmod iiQP,1ndad iiQP,1nfaf iiQP,11nmad iiQP 2.3多个从用户能量检测方法多个从用户能量检测方法大数融合规则作为“或”和“与”融合规则优缺点的折衷，常被研究多用户合作检测的文献采用，公式如下：31
10、1niiDD1,P(1)nin idd id ii kQDk HPP0,P(1)nin iff if ii kQDk HPP1,1P1(1)nin imd id ii kQDk HPP 2.4 Neyman-Pearson准则准则根据上式求出的检测门限计算的检测概率最大。尼曼-皮尔逊（NP，Neyman-Pearson）准则适合于两种假设检测的先验概率PH0和PH1未知场合，它能够在保持一定虚警概率的同时最大化检测概率。32,0:()(;)df ix L xpp x Hx332.5最小错误概率准则最小错误概率准则如果先验概率PH0和PH1已知，定义错误概率Pe为33011001(|)(|)eH
11、HPPp HHPp HH其中p(H1|H0)表示当假设H0为真时判H1成立的条件概率，p(H0|H1)表示当假设H1为真时判H0成立的条件概率。如果要想使得错误概率Pe最小，则有0101110100(|)(|)()(|)(|)HHHHpp x HHp x HpL xpp x HHp x Hp2.6单个从用户频谱检测的最优门限单个从用户频谱检测的最优门限3401,e iHf iHmiPP PP P12201220101()()exp()exp()22220YiYiHYiYiHYiYiPP1222(2)2(1)2(1)ln(1)ln00HiiiiiiiiHPNNP 122(1)(1)2(2)ln(
12、1)ln(2)0HiiiiiiiHiiiPNNNP 2.7多个从用户合作频谱检测的最优门限多个从用户合作频谱检测的最优门限3501eHfHmQP QP Q01()0HfHmeP QP QQ0111(1)()1(1)()1nffln lHffl kfnln lddHddl kdPPnPPPlnllPnPPPPPlnllP 2.7多个从用户合作频谱检测的最优门限多个从用户合作频谱检测的最优门限362201220101()()exp()exp()2222YiYiYiYiYiYi11(1)()1(1)()1nffln lffl kfnln lddddl kdPPnPPlnllPnPPPPlnllP 2
13、.8仿真与讨论仿真与讨论37检测门限变化时单个从用户检测的系统错误概率2.8仿真与讨论仿真与讨论38主用户占用频段先验概率变化时单个从用户检测的系统错误概率2.8仿真与讨论仿真与讨论39SNR变化时单个从用户检测的系统错误概率-15-14.5-14-13.5-13-12.5-12-11.5-11-10.5-1000.020.040.060.080.10.120.14i(dB)Pe,i 文 献 49的 最 优 门 限本 文 最 优 门 限 PH1=2/3,PH0=1/3本 文 最 优 门 限 PH1=1/4,PH0=3/4本 文 最 优 门 限 PH1=1/2,PH0=1/22.8仿真与讨论仿真
14、与讨论40单个从用户检测的系统漏检概率1.0031.0131.0231.033x 10400.050.10.150.20.250.3(W)Pm,i i=-15dBi=-14dBi=-13dB2.8仿真与讨论仿真与讨论41单个从用户检测的系统虚警概率1.0031.0131.023x 10400.050.10.150.20.250.30.350.4(W)Pf,i i=-15dBi=-14dBi=-13dB2.8仿真与讨论仿真与讨论42多个从用户合作检测的系统错误概率（PH1=0.10.9）2.8仿真与讨论仿真与讨论43多个从用户合作检测的系统错误概率（PH1=0.1、0.3、0.5、0.7、0.9）谢谢!
