认知无线电论文.doc

摘要在认知无线网络中, 当主用户的频带当前没有使用时, 副用户允许利用主用户的频带。为了支持这种频谱再利用的功能, 副用户需要感知无线电的频率环境, 并且一旦主用户使用了这个频段, 副用户在一定的时间内必须让出该信道。因此, 在认知无线电中频谱感知是很重要的。在频谱感知中有两个参数: 监测概率和假报警概率。监测概率越高, 主用户受到的保护越好。而对于副用户来说, 假报警概率越低, 可以再利用的空闲信道越多, 因此副网络可利用的吞吐量越高。这篇文章中, 我们要学习当主用户充分的受到保护时, 怎样确定感知时间使得副网络获得最大的吞吐量。我们要精确地计算出权衡感知吞吐量这个问题, 并且利用能量检测来说明这个问题有一个最佳的检测时间, 它可以使得副网络获得最高的吞吐量。协同感知运用多重小时隙, 多重副用户同样学习使用了本文章中提出的方法。通过电脑仿真, 我们知道对于一个 6MHz 的信道, 当帧长度是 100ms , 且副用户收到主用户的信噪比是 20dB , 当保持了 90% 的检测概率时, 能获得最高吞吐量的感知时间是 。当利用了分布式的频谱感知时,最佳感知时间会降低。关键词认知无线电,感知吞吐量,频谱复用,频谱感知,吞吐量最大值。 1 引言过去的十年里,我们看到了无线服务越来越流行。根据频谱固定分配的方法, 在很多国家,大部分可利用的频谱都分配给了固定的设备。另一方面,频谱再利用地方式缓解了固定频谱分配所造成的没有充分利用的问题。事实上,在美国, FCC 目前的做法表明 70% 的固定频段没有利用。而且,其频段占用的时间短至毫秒,长则数小时。所以推动了频谱重复利用的思想,它允许当主用户或主网络不使用其频段时,副用户或者副网络使用该频段。频谱再利用的核心技术是认知无线电,它包括三部分:(1)频谱感知阶段: 副用户需要去感知并且检测无线环境来检测空白频谱。(2)动态频谱管理:为了通信认知无线电网络需要去选择最佳的可利用频段。(3)适用通信:认知无线电设备要能够辨别出它的传输参数(载频,带宽,传输功率等等) ,这可以更好的利用一直在变化的频谱。 2003 年12月, FCC 发布了通知表明,认知无线电对于设备的频谱共享很有帮助。之后,成立了 工作组, 为无线区域网络( WRAN )设定标准, 它利用了电视广播的 VHF/UHF 频段。这样做之后, 还需要对于主用户来说没有有害干扰,因为在 VHF/UH F频段包括了电视用户和 FC C部分74个无线麦克风。图1 说明了 WRAN 系统的拓扑结构,主用户包括电视用户和无线麦克风, 副用户包括 WRAN 基站( BS )和 WRAN 客户前置设配( CPEs ) WRAN 体系对用农村和城郊区域都提供无线带宽,其半径可达 33千米。 WRAN 的使用是依靠接入了临时没有使用的电视频段。当主用户没有使用 TV 信道时,对于 WRA N 体系来说最基本的目标就是最大限度的利用该频谱。为了保护主用户,当主用户需要使用时, WRAN 系统在一定时间内( 小组规定的时间为 2s )需要撤离该信道。所以对于认知无线电系统频谱感知是很重要的。在 , MAC 帧包括一个感知时隙和一个数据传输时隙,这是的周期频谱感知传输可以实现。第一个要学均搜索时间,其主要对象就是提高副用户在短时间内能够找到至少一个可利用的空闲信道的机会。一旦找到这个最佳搜索时间,就要使之最优化,以获得最高的吞吐量。图1对 的发展描述:主用户为 TV 接受者和无线麦克风这篇文章的分布如下,第二部分描述了频谱感知的一般模式及能量检测技术。检测概率和假报警概率的关系在本部分也会讲解。在第三部分,我们要学习感知吞吐量权衡问题,并且说明利用能量检测技术确定最佳感知时间。第四部分学习通过感知计划,它依靠于能获得时间多样性的多重时隙。第五部分学习对于多个副用户的频谱分配。第六部分学习性能评估和比较。最后在第七部分总结。 2 频谱感知在这部分,我们先学习频谱感知的一般模式,之后浏览能量检测技术和分析检测概率和假报警概率间的关系。 A 频谱感知的一般模式假设我们现在感兴趣的是频带是,载频为 cf ,带宽为 W ,接收信号的采样频率为 sf 。当主用户活跃时,在副用户获得的接受信号可以表示为 y(n)=s(n)+u(n) (1) 这是在 1H 假设下的输出, 主用户休眠时,接收信号变为 y(n)=u(n) (2) 这是在假设 0H 时的输出,我们做以下假设. ( AS1 )高斯噪声 u(n) ,是独立同分布,该随机过程的均方为 0 ,并且方差为 22 [ ( ) ] u E u n ??。( AS2 )原始信号 s(n) 是一个均方为