浅析认知无线电的频谱感知技术

发表时间：2019-11-27T11:24:51.203Z 来源：《中国西部科技》2019年第23期 作者： 司徒达明

[导读] 频谱感知技术已经成为我国无线电技术当中最有影响力的技术之一，在通讯行业拓展方面发挥着重要作用。对频谱感知技术的技术类型进行了介绍分析，从而探析出这一技术发展趋势以及发展过程中的难点，从而为其在通讯行业中的未来发展奠定基矗

司徒达明

广州市无线电监测站

摘要：频谱感知技术已经成为我国无线电技术当中最有影响力的技术之一，在通讯行业拓展方面发挥着重要作用。对频谱感知技术的技术类型进行了介绍分析，从而探析出这一技术发展趋势以及发展过程中的难点，从而为其在通讯行业中的未来发展奠定基矗 关键词：通讯行业；无线电；频谱感知技术；发展难点 引言

近年来，在无线电的市场资源当中，频谱感知技术运用广泛，但是相关的技术资源却严重不足，所以当下迫切需要对频谱感知技术进行新的研发和运用。频谱主要有两种类型，一种是专用频谱以供专门的机构使用，另一种是共同频谱，主要是通过用户之间的沟通而共同使用。根据相关的研究表明，目前大多数还是以专用型的频谱为主，而共同频谱使用的概率不到百分之十，这以数据就充分表明了资源共享性差，所以需要在一定程度上加大无线频谱资源的利用效率，从而促进频谱感知技术的发展。 1频谱感知技术概述

频谱感知技术在无线电当中的运用一般是通过对频带进行扫描，从而将数据进行相应的传输，但是在频谱技术的实际运用当中，是具有一定的前提条件的，那就是在一些特定的区域频段上，要能够对通信的频谱空洞进行相应的识别。而无线电可以检测频谱在具体的工作频段，这样一来才能保证通信不受干扰以及时地对主用户进行识别，从而保证正常的通信。 2技术前提与设计挑战 2.1频谱感知的基本前提

为了通信的顺畅而不至于对主用户产生影响，频谱感知技术必须要有一定的识别和判断授权频段工作的能力，才能够增加频谱动态的接入。而实施平谱感知技术的前提条件就是，首先要保证认知用户接收机和授权用户发射机之间的对接成功，从而保证频谱感知的及时性和效率性，其次是要规范物力协议当中的信号状态，从而保护授权用户的频谱产生的功率的单一性和独立性。 2.2频谱感知的设计挑战

频谱感知技术在实际的运用当中，会受到来自各方面的影响因素，这也就导致其在具体的设计当中也面临着很多的问题和挑战。其中影响最大的问题就是如何保证频谱感知技术在动态变化的无线信道当中的准确性和稳定性。当无线电的信号出现衰落或者是被遮蔽时，就会导致次用户的接受信号的强度受到影响。为了解决这一问题，平谱感知技术的灵敏度就非常重要，它能够保证无线电设备的检测精度。 3几种典型的频谱感知技术 3.1基于发射机的频谱感知技术

基于发射机的频谱感知技术是在微弱信号检测的原理上形成的，主要有能量检测、匹配滤波检测以及循环平稳过程特征检测三种类型。能量检测通过对一定时间频带信号能量的积累；匹配滤波检测属于无线信号检测中较为常见的方式；循环平稳过程特征检测通过在未知噪声以及强干扰等环境中对人工周期信号进行调制检测，保证检测的平稳性与循环性。 3.2基于接收机的频谱感知技术

基于接收机的频谱感知主要有干扰温度检测和本振泄露检测方式，能够在保证检测效果的同时有效解决隐藏终端的问题。干扰温度检测模型是在射频环境中发射机和接收机交互的基础上产生与建立的，模型建立的过程综合考量了干扰的累积效应 3.3协作频谱感知技术

在一般情况下，主用户网络同认知无线电网络是相互独立、互不影响的。当认知无线电网络用户频谱感知检测无法对主用户接收机信息进行准确检测时，难免会对主用户产生干扰。因此，在认知用户之间实施信息交流共享是十分必要的。 3.31集中式方法

在集中式方法中，认知无线系统的基站作为融合中心负责汇集来自CR用户的所有感知信息，并使用某种融合准则融合所有接收到的感知信息，然后判定主用户信号是否存在，并将决策广播给所有协作的CR用户。 3.32分布式方法

与集中式方法不同，在分布式方法中并不需要融合中心的建设，在这种情况下，CR用户之间进行检测信息的交流，并做出主用户存在与否的统一决策。

3.33基于中继的方法

在这种方法中，存在一个中央控制器来控制CR用户，但它们之间的通信是以分布式方式进行的。每个CR用户都进行感知并通过上报信道将感知结果发送到融合中心，其中上报信道可能由于各种因素而变弱，从而一些CR用户不能向融合中心报告他们的感知信息，在这种情况下，上报信道更加稳定的用户可以作为中继来协助将感知结果转发到融合中心。 4认知无线电的频谱感知技术要点 4.1安全问题

在无线电通信当中，最关键的一个问题就是安全，同时安全问题也是技术研发的关键性内容，而在实际的无线电技术当中，其研发和运用存在着多种多样的安全问题，针对这一问题，就需要让多个认知用户在同一时间进行频谱感知的探测，这样就会增强网络信息的准确性和可信度，同时提高其安全性。 4.2隐藏终端问题

出现隐藏终端的问题，主要是因为一些多径衰落或者是阴影衰落等外界的影响导致的，这样一来就会导致认知用户所要获取的信号变弱，严重时甚至会导致认知用户无法感知到主用户信息的存在。认知用户的信号变弱就会导致主用户对信息的分析产生错误，从而严重影

响到通信的畅通，针对这一问题，主要可以通过多方协作检测的方法来进行解决。但由于多方协作必然会导致多径条件相应产生变化，所以也不能完全意义上的解决问题。 4.3多用户问题

大部分条件下，认知无线电网络环境中存在多个认知用户及主用户，多个认知无线电网络将会对单一频段的使用权产生竞争，这在很大程度上增加了主用户受到的干扰程度，这也是影响感知无线电的频谱感知技术应用效果的重要因素。 4.4温度测量

认知用户与主用户之间不具备相应的通信机制，导致认知用户无法对主用户接收机的位置进行明确，因此，精准测量主用户端干扰温度的难度较大，从而对认知用户的通信产生不良影响。 5研究面临的挑战/问题 5.1信道的不确定性

在无线通信网络中，由于多径信道衰落或阴影而产生接收信号强度的不确定性，接收机可能会误判主用户是否存在。 5.2协作开销

这里的开销是指任何额外的感应时间，延迟，能量和性能的下降，如若一味地控制开销，可能导致频谱感知性能的降低。 5.3判决融合

在协作感知中，感知决策可以是硬判决或软判决。软判决在协作用户数量较小的情况下性能良好，当协作用户的数量很大时，硬判决和软判决的性能几乎一致。然而，在大规模网络中使用软判决成为一项具有挑战性的任务，因为不但融合规则具有高度的复杂性，同时需要融合大量的数据。 5.4干扰温度测量

在定位系统的帮助下，CR用户自然知道其发射功率及其精确位置，但是却不知道主用户的信息。因此，其传输可能在同频相邻接收器处引发显著干扰。 5.5联盟的建立

虽然在协作感知中，次用户们可以组建联盟，但却很难估计联盟的规模，即组建联盟的次用户的最佳数量，目前在这方面的研究还很匮乏。 结语

总而言之，要对频谱感知技术对通讯行业的重要性引起足够重视，为了促进通讯行业的发展，就要对无线电当中的频谱感知技术进一步地创新和研发，找出其目前在实际运用当中仍然存在的问题，并且尽力解决这些问题，从而促进通信行业更加健康、稳定的发展。 参考文献

[1]曾莉.认知无线电关键频谱感知技术及应用分析[J].通信与信息技术，2017（1）：59-62. [2]魏宜平.探讨认知无线电中频谱感知技术的运用[J].大科技，2016（14）：269.

[3]陈彬，勾学荣.认知无线电频谱感知技术的一种改进策略[J].中国科技论文2016，12（20）：128-130.