认知无线电中的频谱空洞检测技术

摘要：认知无线电是一种基于软件无线电的智能的无线通信系统，它能够认知周围环境，并能够通过一定的方法相应地改变某些工作参数来实时地适应环境，从而达到提高频谱利用率、缓解频谱资源紧张的目的。认知无线电的首要任务是检测频谱的空洞。通常用在认知无线电中的非参数谱估计的方法主要包括多窗谱估计、Welch方法等。多窗谱估计算法在进行干扰温度的估计和频谱空洞的判定时，能够利用设立的多个传感器对环境信号进行接收和监测，并按照多窗谱估计与奇异值分解(MTM-SVD)算法进行处理获得干扰温度估计值，最后将其与干扰温度限比较判决，从而得到适合认知无线电系统应用的频谱空洞。

关键词：认知无线电；频谱空洞探测；干扰温度

Abstract: Cognitive radio, built on a software-defined radio, is an intelligent wireless communication system. It is aware of its environment, and it uses the methodology of "understanding-by-building" to learn the environment. Its objectives are to efficiently utilize the radio spectrum and to solve the problem of radio electromagnetic spectrum scarcity. The primary task of cognitive radio is to detect spectrum holes. There are two methods of detecting spectrum holes: the Multitaper spectral estimation and the Welch method. Multitaper Method-Singular Value Decomposition (MTM-SVD) is used to estimate the interference temperature and detect the spectrum hole: this method utilizes sensors to receive and detect the environmental signals, and it will then estimate the interference temperature, and compare it with the defined limit to find the spectrum holes that adapt to the cognitive radio system.

Key words: cognitive radio; spectrum hole detection; interference temperature

基金项目：国家自然科学基金重大项目(60496316)、国家自然科学基金项目(60572146)、高等学校博士学科点专项科研基金(20050701007)、教育部科学技术研究重点项目(107103)

自1999年认知无线电技术被提出以来，该技术就受到业内人士的普遍关注，被誉为是继超无线宽带(UWB)技术之后的另一个热点技术。

通常的认知无线电系统能够利用具有感知功能的无线通信设备，在不影响授权用户使用的前提下，通过感知频谱环境，采用“伺机”的方式非授权的使用某些频段，从而形成网络并达到良好通信效果。

美国电气电子工程师学会(IEEE)于2004年10月正式成立IEEE 802.22工作组，其目的是研究无线区域网络（WRAN），而认知无线电技术就是WRAN中的关键。美国联邦通信委员会（FCC）2003年12月就相当于美国“电波法”的《FCC规则第15章》，公布了修正案，只要具备认知无线电功能，即使是其用途未获许可的无线终端，也能使用需要无线许可的现有无线频带，FCC在推进智能无线技术的同时还将放宽有关限制。 同时，IEEE 802.16也成立了IEEE 802.16h工作组，致力于改进诸如策略和媒体接入控制增强等机制以确保基于IEEE 802.16的免许可证系统之间的共存，以及与有主要使用者的系统之间的共存。IEEE 802.16h使WiMAX能够满足FCC的要求，作为次要使用者使用空白的地面电视频道，它的核心也是认知无线电技术。 1 认知无线电中的环境感知

认知无线电是可以感知外界通信环境的智能通信系统,它通过自适应地调整其自身内部的通信机理来达到对环境变化的适应。这样的自适应调整一方面是为了改进系统的稳定性，另一方面是为了提高频谱资源的利用率。从而达到在任何时刻、任何地点提供可靠的通信，并且能够高效地使用无线频谱资源的目的。

在其工作区域中，认知无限电系统需要感知并分析该工作区域的频段，找出适合通信的“频谱空洞”，在不影响已有通信系统的前提下伺机工作。从认知无线电工作流程上看，最先进行的工作是对该地无线信道环境的感知，即频谱检测和“空洞”的搜寻与判定。也就是说，频谱环境的感知是认知无线电技术成立的前提和先决条件，只有在环境感知和检测的基础上，才能够进行资源的使用和通信。

在这里，我们称呼的“频谱空洞”是指在频谱中的某段频率带宽，这段频率未被授权用户使用，或者被使

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