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频谱用户论文范文

摘要：认知无线电技术是在无线电通信技术快速发展、频谱资源出现匮乏的背景下所产生的.由于采用了动态频谱接入的概念,它有效的拓展了用户之间频谱资源的共享,解决了频谱资源匮乏的难题.但是,频谱资源共享过程中所出现的干扰问题又成为了无线电通信技术领域的新课题.该文针对认知无线电系统中频谱共享干扰的理论和技术,对其理论原理、实际技术的应用范围进行阐述,将系统的理论知识运用的生产生活中解决实际问题,对其进行了深入的分析和研究.

频谱仪:Hantek手持频谱仪用户操作教学（二）

关键词：认知无线电频谱资源频谱共享干扰抑制系统多天线系统

中图分类号：TN911 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2015)04(a)-0019-02

1.认知无线电技术

1.1 起源

认知无线电（Cognitive Radio.CR）,其概念起源于1999年,是美国博士Joseph Mitola提出的.它的核心思想就是具备学习能力、能融合并与周围环境进行信息交互、通过感知和利用空间内的有效频谱资源来限制和降低冲突的发生.如果CR具备一定程度的人工智能,它就可以通过过去的干扰、死区等工作经验来对实际情况作出实时响应,从而确定采用何种频带的功能进行通信.为此,Mitola博士提出了基于机器学习和模式推力的认知循环模型,目的就是为了发展CR的学习能力,强调软件定义无线电,通过CR实现无线电通讯的理想平台.

在同一时期,美国论文范文通讯委员会（Federal Communications Commission.FCC）提出了CR的简化版本,无线电的基本含义为“结合其自身所处的工作环境,环境的变化对其自身的工作状态造成一定的影响,无线电是一种适应自身工作环境的终端参数.”通过不同层面看待无线电,可以对其有不同的定义,排除无线电本身的含义,从无线信号方面对其定义进行分析,可以将CR定义为一种人工智能化的无线信号接收、传输的系统.CR智能无线系统可以根据环境的变化而变化,通过自身对环境的适应与感知,在环境的变化中将自身的信号参数进行改变,从而达到无线信号的接收、传输功能运用,从而达到任何时刻任何地点的稳定通信,最大限度的有效利用频谱资源.

1.2 特点

由于引进了动态频谱接入的思想,CR能够以无线通信和网络的动态方式,有效利用频谱资源来适应周围无线环境的变化.所谓“认知”,顾名思义就是CR能够以无线通信的方式对其自身所处的环境进行感知、获取其自身所感知到的信息.这些信息包含很多种,其中包括其在环境感知中所获取的环境位置信息；信号传输、接收的波形信息；同时还包括其感知的设备用户、信号网络等各方面的信息等等各方面,以上为CR感知中比较重要的信息.通过上述资源的认知,就可以识别空间中可利用的频谱资源；认知设备在动态识别所获信息后会作出反应,其主要工作为,通信设备及其通信协议的信号操作,还有其工作步骤及设备频率的操作等各方面,使其设备功能利用率最大化.这就是CR的又一大特点—重构能力.

1.3 主要技术

CR的特点就是动态感知和利用频谱资源,根据其特点要求,结合其设备技术进行以下简单分析介绍.

(1)这种技术是根据CR设备的动态感知功能,通过动态感知功能的介入对其所处的自然环境进行检测,其检测范围可以使设备所处的任何区域以及设备所处的任何时间,通过检测能够找出不被用户所利用的设备频谱.这种空闲的频谱就是“频谱空洞”.频谱空洞可以在授权频段和非授权频段上,当使用频谱的一些信号用户在一定时间段对其使用的过程中,CR设备能够在第一时间对其环境进行检测感知,并且检查到频谱在信息传输中出现的问题与空洞,在发现问题之后及时对其进行弥补,将频谱空洞根据实际情况转移至其系统的频段上,避免为首要用户带来干扰.

(2)频谱共享技术.所谓频谱共享技术就是其技术操作会受到环境的较大影响,其所用的频谱数量与CR设备应用用户之间存在一定的关系,其数量随着用户的变化而变化,在此基础上,为了达到用户对CR设备的合理利用频谱信息资源,CR用户应该学会判断使用频段的时间和方法,解决CR多用户共存而带来的频谱干扰问题.利用水平频谱共享和垂直频谱共享,非授权CR用户可以享受到同样频段接入权.

2.频谱干扰

如果同一个无线设备共享装置在进行无线信号的接收与传输工作的情况下,必定会造成其使用用户之间对于信号频谱资源的竞争,影响信号质量,造成一定的干扰问题.所以当用户在进行首要用户的接入工作时也会造成一定情况的干扰,这种干扰不是来源于频谱的工作环境,而是与其对于首要用户检测工作有关,检测工作的进行会对用户在频谱中的应用造成一定的干扰.即使频谱检测准确,但是由于无线环境的衰落和路径的损耗也会给认知用户带来无法避免的干扰,这也和认知用户和首要用户之间缺乏通信联系有关.可以说,干扰是严重影响认知无线电技术应用和发展的桎梏,它促使人们不得不开始研究抑制频谱共享干扰的相关技术.

3.干扰抑制技术

3.1 多天线频谱共享的干扰协调

认知用户与首要用户共享频谱时,受到认知无线电系统其自身的工作环境和工作模式的影响,认知用户在进行共享频谱时必定会对首要用户的工作造成一定的影响,干扰信号的质量.所以为了保证认知用户的传输性能,同时也不影响首要用户的正常通信,相关技术人员要根据信号的干扰问题进行相应的改进措施,首要问题就是要通过对设备的信号发射装置进行仔细检查,并且采取相关措施进行改进,通过改进保证认证用户在共享频谱时不受到干扰,不影响信号传输、接收的质量.共享频谱能够通过其自身功能发挥,能够在其认知用户达到平均干扰的同时与最根本的首要用户的信息接收干扰的情况下,证明波束成形发射可以很大程度抑制干扰.所以为了验证这一结果,本文设计了认知无线电系统的系统模型.

(1)系统模型.

该文所涉及的认知无线电模型是由其系统模型中无线点链路为根本,在此基础上还需要配合首要用户,两者相互联系到一起构成的系统模型,这个系统模型是单用户的场景模型.其中认知用户的发射端表示为SU-Tx,接收端表示为SU-Rx,首要用户的发射端表示为PU-Tx,接收端表示为PU-Rx.认知用户在发射端和首要用户发射端同样配置M根发射天线,而所有的接收端用户都只配备一根天线.这就形成了认知用户系统与首要用户系统的共存状态.

(2)信道模型.

首先要组成一条通信通道,即SU-Tx到SU-Rx的多天线通信通道.将它表示为h等于CM1x1,其中M1表示发送的天线数,而且它是服从于循环对称的高斯分布的.同时,认知用户对首要用户的干扰信道也是一个多天线信道,我们将它也表示为g等于 CM1x1.因为认知用户和首要用户共享授权频段,所以认知用户与首要用户之间不能够进行双方功能的协作应用.通常,由于其双方不能够互相协作,这就导致了设备的信号发射装置无法找到信道信息,这种信道信息就是众所周知的认证用户的干扰信息.对此,我们可以对其进行假设、进行计算,如果设备的信号发射装置指导干扰信息的信道信息,但是其所获取的信息不够完整,其计算可以是信道信息g以一定的信号发生概率P1、P2等Pn在有限集G等于{g1、g2、等gn}中随意选取,这种模型便于之后的计算.而在实际系统的场景中,其正常的计算公式为：y等于hx+w.

3.2 基于终端概率的干扰协调算法

(1)算法介绍.

在对其终端概率进行计算的时候,要确保其认证用户对于信号干扰程度在首要用户能够接受的情况下,进行频谱共享,就要对其信号的传输速率进行全面的分析与调整,做出最精准的计算.本文对此进行了假设,如果将结果表示为P1,那么P1为：

P1: maximize: log(1+h+Kxh) subject to: tr(Kx)≤Ptr1 E{g+Kxg}≤Ptr2

Pr(g+Kxg≥r)≤Pth Kx≥0

(2)发送端方案.

通过对其上述的计算,本文在整体的假设中又进行了最优发射端方案的设计.它同时也能够证明最优协方差矩阵Kx的特性.如果假设方案为P2,则P2为：

maximize:log(1+h+Kxh)

subject to: tr(Kx)≤Ptr1 tr(KxE{gg+})≤Ptr2 tr(Kxgng+n)≤r+M Kx≥0

当矩阵中Kx的秩为1时,即可得到最优解矩阵,通过这样的计算方案,可以有效的得出其设备的最有发射端方案.

(3)评价.

在发射方案的设计中,如果假设平均干扰的功率门限值为2W,那么发射功率就可以设置为从0dB到10dB,进而就可以将中断概率门限设置为0.21和0.31.我们通过计算能够得知终端的信号发射概率中所涉及到的参数,即将转变为0.7与0.5.通过以上的分析,不能看出,如果将0.31作为终端概率门限的时候,其设备的信号传输速率会受到其影响,其信号发送功率的大小相比于0.21会一直大于或者等于的设备信号传输速率.在此基础上,如果设备的终端概率处于较低情况下,能够准确无误的看出频段对设备的认知用户所发送的干扰信号进行了加强工作.