通信学科前沿讲座-认知无线电的频谱检测技术

认知无线电中频谱检测技术研究马恒【期刊名称】《无线电工程》【年(卷),期】2014(000)003【摘要】认知无线电系统可以通过检测周围的频谱环境，有效地利用空闲频谱。

频谱检测是认知无线电的关键技术之一，通过搜寻频谱空洞，为高层决策提供辅助。

针对认知无线电中的多窗谱估计和加权交叠分段平均法等频谱检测算法进行了简要介绍。

对多窗谱估计算法的性能进行了仿真，分析了算法中重要参数对估计能力的影响。

对频谱检测算法的硬件实现进行了验证，结果表明算法达到了比较理想的性能。

%The cognitive radio system can effectively utilize the idle spectrumby detecting the surrounding spectrum environment. The spectrum detection,as one of the key technologies in cognitive radio system,can search spectrum holes and provide assistance for higher level decision.In this paper,the spectrum detection algorithms in cognitive radio system such as multi-taper method and weighted overlapped segment averaging method are introduced.The performance simulations of multi-taper method are carried out,and the impact of important parameters on estimation capability in this method is analyzed. Finally the hardware implementation of spectrum detection algorithms is verified,and the results show that the performance of algorithms is ideal.【总页数】4页(P77-80)【作者】马恒【作者单位】中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄050081【正文语种】中文【中图分类】TN911【相关文献】1.基于认知无线电的频谱检测技术研究 [J], 张佳民2.认知无线电中频谱检测技术研究 [J], 和奇峰;文武3.认知无线电频谱检测技术研究与要素分析 [J], 邵金侠;魏建新4.认知无线电中基于谱估计的频谱检测技术研究 [J], 高翠;苑津莎;赵建立5.认知无线电中基于压缩感知的非重构频谱检测算法 [J], 安爽; 邵建华因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

OFDM中认知无线电频谱检测摘要：简述了认知无线电的背景和概念,介绍了认知无线电常用的两种检测方法：匹配滤波器法和能量检测法。

针对认知无线电和OFDM系统的特性提出了认知OFDM系统授权用户检测方法，该方法是基于OFDM的能量检测法。

仿真表明通过选择适当的判决门限可以使系统总的误检概率最小，并通过感知时间优化，可以有效地提高认知OFDM系统的信道传输效率。

关键词：认知无线电； OFDM；匹配滤波器法；能量检测法；感知时间无线电通信频谱是一种宝贵的资源，目前采用的是基于频谱授权的静态频带分配的原则。

随着无线通信技术的高速发展，无线电用户数量急剧增加，频谱资源贫乏的问题日趋严重。

认知无线电基于软件无线电，是一种用于提高无线电通信频谱利用率的新的智能技术[1]。

具有认知功能的无线通信设备可以感知周围的环境，并能根据输入激励的变化实时地调整其传输参数，在有限信号空间中以最优的方式有效地传送信息，以实现无论何时何地都能保证通信的高可靠性和无线频谱利用的高效性。

认知无线电的一个认知周期要经历3个基本过程：感知频谱环境、信道识别、功率控制和频谱管理。

认知无线电技术最显著的特征是能够感知并分析特定区域的频段，找出适合通信的“频谱空穴”，利用某些特定的技术和处理，在不影响已有通信系统的前提下进行工作。

因而,认知无线电系统传输信号时首先要感知该地无线电频谱环境，即频谱检测和“频谱空穴”搜寻与判定[2]。

下一代移动通信的链路层调制方式主要采用OFDM形式，因此认知无线电与OFDM系统之间的频谱共享已是必然趋势。

OFDM 的多载波调制技术以及自适应型功率分配给认知无线电更带来了巨大的灵活性。

本文采用能量检测法，将认知无线电频谱空穴检测与OFDM相结合，提出了一种多载波检测方法。

1 认知无线电信号检测方法 1.1 匹配滤波器检测法匹配滤波器是信号检测中的一种比较常用的方法，它能使接收信号的信噪比最大化。

在认知无线电设备中使用匹配滤波器，实际上完成的是解调授权用户的信号，这样认知无线电用户就要知道授权用户的物理层和媒体控制层的信息：调制方式、时序、脉冲形状、封装格式等，利用这些信息来实现与待检测信号在时域和频域上的同步，从而解调信号[3]。

认知无线电动态频谱接入关键技术研究认知无线电动态频谱接入关键技术研究随着无线通信技术的不断发展与进步，无线电频谱资源的稀缺问题日益突出。

传统的频谱分配方式固定并且低效，导致频谱资源的利用率相对较低，而且频谱资源的负载和需求之间存在着不平衡，往往造成频谱资源的浪费和浪费，因此找到一种高效和灵活的频谱管理方式就显得尤为重要。

认知无线电技术因此应运而生，它可以让终端设备根据当前的频谱使用情况和环境条件，在未干扰的情况下，智能地选择和利用频谱资源。

因此，认知无线电动态频谱接入关键技术的研究就显得至关重要。

首先，认知无线电动态频谱接入的关键技术之一是频谱感知技术。

频谱感知是指终端设备能够获取并分析当前频谱使用情况的能力。

通过利用各种感知方法和技术，终端设备可以获取到空闲的频谱资源，并判断是否可以在该频谱上进行通信。

频谱感知技术的主要目标是提高频谱利用效率和降低通信干扰。

其次，频谱决策是认知无线电动态频谱接入的关键环节。

频谱决策是指终端设备在感知到空闲频谱资源后，根据自身需求和通信要求，智能地选择合适的频谱进行通信。

频谱决策的关键技术包括频谱选择算法、频谱预测和优化算法等，通过这些技术，终端设备可以根据实时情况进行频谱决策，以达到最优的通信效果。

再次，频谱控制是认知无线电动态频谱接入的核心技术。

频谱控制是指通过各种技术手段，对终端设备的频谱使用进行控制和管理，以保证频谱资源的有效利用和公平分配。

频谱控制技术主要包括功率控制、动态频谱分配、多天线技术等，通过这些技术，可以实现对频谱的高效利用和管理。

最后，认知无线电动态频谱接入的安全问题也需要得到重视。

由于认知无线电技术的特殊性，使得其频谱接入过程中容易受到各种恶意攻击和干扰。

因此，对于认知无线电动态频谱接入关键技术的研究，必须要考虑安全性和抗干扰性，采取各种安全措施和机制，确保频谱接入的安全性和可靠性。

综上所述，认知无线电动态频谱接入技术是一种解决无线电频谱资源不足问题的重要方法。

认知无线电的频谱感知技术的分析发布时间：2021-05-17T05:02:04.121Z 来源：《现代电信科技》2021年第2期作者：宫琦刘嫒玲[导读] 认知无线电频谱感知技术是一种智能无线电通信技术。

认知无线电感知的主要任务是频谱感知，本文提出了频谱测量技术发射机检测。

（武警辽宁省总队辽宁沈阳 110000）摘要：认知无线电频谱感知技术是一种智能无线电通信技术。

认知无线电感知的主要任务是频谱感知，本文提出了频谱测量技术发射机检测。

由于无线电技术的灵活性，可以大大提高频谱利用率。

它被认为是解决负荷问题的最佳方法。

认知无线电通信是一种智能通信系统，它能实时接收周围的通信情况并跟踪发射机参数，采用动态频率控制来提高频率的利用率。

高可靠性频率捕获是保证频率共享的关键技术。

本文讨论了协调波识别、能量控制、静态循环函数和联合识别等频率传感器技术，分析了不同方法的特点。

关键词：无线电；频谱感知技术；分析；认知1、前言随着人类社会对射频资源需求的不断增加，这些资源已经成为信息社会的稀缺资源。

在这种情况下，认知无线电技术应运而生。

通过固定频率的分配策略，可以有效地解决频谱资源分配不当的问题，在分析频差的基础上，这是有效利用非频率资源进行研发的重要方法。

目前，频谱作为认知无线电通信的一项关键技术，其研究越来越受到人们的关注，更重要的是，它正在被研究之中。

在成功接收频谱的基础上，认知无线电的其他部分，包括频率控制模块，也能正常工作。

因此，频谱感知能力直接决定了认知无线电系统的效率。

在给定时间和地理位置由未经授权的用户信号确认的频谱搜索。

如果能找到这样一个空频谱，它将被用作认知无线电系统的频谱信号。

对于认知无线电接收机，即使已经确定噪声发生在某个频率范围内，也必须确定无线电是否有其他认知无线电信号检测到频率。

2、现状2.1技术的研究意义频谱捕获、未探测频率的探测和频谱资源的动态管理是放射性核素技术应用的两个重要方面。

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。

1 引言美国联邦通信委员会以及其他国家的大量研究表明，传统的固定频谱分配方式导致了大部分现有频段的低利用率[1]。

作为可充分利用但未被完全使用的频谱技术，认知无线电有着巨大的吸引力，被广泛认为是下一代无线通信的重大变革。

近几年，大量专家学者在认知无线电领域进行了广泛的学术和应用方案研究。

认知无线电的基本思路是进行频谱再利用和频谱共享，当授权用户未完全使用授权频段时，使认知用户（网络）可以利用授权用户频段进行通信。

为了达到这个目的，认知用户必须持续进行频谱感知来检测授权用户的存在状态，以合理充分地使用授权频段。

检测感兴趣频段是否处于空闲状态是应用认知无线电技术的重要前提，只有高效准确地进行频谱检测，才能进一步有效利用频谱资源，因此频谱资源检测决定着其他环节的实施。

频谱检测主要有两个任务：第一，检测感兴趣的频段是否存在授权用户信号，判断频段是否处于空闲状态，从而决定该频段是否可用，这个任务的完成必须具备较高的可靠性；第二，认知用户的频谱接入权比授权用户低，因此要在使用该授权频段的同时持续检测外部环境，一旦发现授权用户再次出现，认知用户必须在最短时间内检测到其出现并腾出信道，因此检测的速度非常重要。

2 基本检测方法目前，最基本的检测方法包括：匹配滤波器检测法，能量检测法，循环平稳特征检测法等。

认知无线电频谱感知技术研究*朱 辉 刘仕奇 胡斌杰 华南理工大学电子与信息学院【摘 要】认知无线电是一种可以提高频谱利用率的智能技术，高效而准确的频谱检测是其实施的关键。

文章在充分调研国内外研究进展的基础上，介绍了认知无线电的概念、基本的信号检测方法以及多天线与协作检测方法，并对各种检测方案进行比较和分析，最后指出现实中频谱检测的难点和面临的挑战。

【关键词】认知无线电 频谱检测 认知用户 授权用户收稿日期：2011-04-23*本项目得到NSFC-广东省联合基金重点项目（U1035002）、NSFC-NSAF联合基金（10976010）、国家科技重大专项（2009ZX03006-003）的资助2.1 匹配滤波器检测匹配滤波器是一种比较常用的信号检测方法，能最大化接收信号的信噪比，可以在短时间内完成同步提高信号的处理增益。

精品文档供您编辑修改使用专业品质权威编制人：______________审核人：______________审批人：______________编制单位：____________编制时间：____________序言下载提示：该文档是本团队精心编制而成，希望大家下载或复制使用后，能够解决实际问题。

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基于无线电监测技术的认知无线电频谱检测研究王正（安徽省无线监测站，安徽合肥230088）摘要:随着社会的进步,科学技术的不断提升,促进了无线电监测技术的飞速发展,使其内容更加的丰富,出现了越来越多先进的技术,其中包括了认知无线电频谱检测技术,这项技术的出现进一步提高了无线电检测技术的性能，更好地对信号干扰源进行定位,为无线电更好的传播提供了一定帮助。

为了使人们对这项技术更好的了解，本文对基于无线电监测技术的认知无线电频谱检测进行了研究，首先，对无线电监测技术进行了简单的分析，然后具体的对认知无线电频谱监测技术进行了探讨，为推动我国无线电技术更好发展贡献出自己的一份力量。

关键词:无线电监测技术；认知无线电；频谱检测技术中图分类号:TN014文献标识码:A文章编号:1673-1069(2017)05-178-2督办、反馈、销号等签收时间、签收人和签收意见等具体内容。

如果在销号时限内未完成销号，则该信息显示为红色，表示逾期未销号。

④系统用户登录后，系统页面自动提示需要办理信息数目，以提示用户所在部门和个人需要签收、反馈、督办、销号信息数目，用户可根据提示及时处理相关信息。

3.3信息查询系统设置信息查询功能，可供用户查询各类安全生产信息。

系统提供各类信息查询功能菜单，可以根据信息相关内容进行查询，如发生时间、销号时间、问题类别、责任部门等信息字段。

系统同样以列表形式展现所有符合条件的信息，并且分页显示以利于查看。

查询的信息列表可以根据用户要求按照指定相关字段导出Excel列表和Word报表。

4系统数据分析系统实现以信息类别、时间段等信息字段，对一段时间内的信息进行统计归类，并以百分比饼图显示。

设定信息起止时间与信息分类筛选的预设条件（信息类别分为三级，可以按照级别进行筛选）后，界面上将显示选定时间段内的全部信息百分比饼图，根据预设条件的不同，百分比饼图产生不同的变化，可以供用户查询各类安全生产信息的统计汇总情况并生成汇总结果图表。

认知无线电中频谱感知技术的研究进展无线通信发展所面临的瓶颈之一就是频谱资源的不足，造成这一问题的主要原因是：一方面，当前普遍采用的静态频谱管理体制留给新系统、新业务的可用资源非常少；另一方面，据美国联邦通信委员会(FCC)研究表明，频谱的使用情况是动态变化的，大部分时段和空间的频谱利用率非常低。

构建以认知无线电技术为核心的动态频谱管理体制，可以从根本上缓解频谱资源紧张的局面。

认知无线电(CR)概念由Joseph Mitola博士提出，其主导思想是实现伺机的动态频谱接入，即非授权用户（也称次用户或认知用户）通过检测，机会性地接入已分配给授权用户（或主用户）但暂时很少使用甚至未被使用的空闲频段，一旦主用户重新接入该频段，次用户迅速腾出信道。

这种技术需解决的首要问题就是如何快速准确地获取授权频谱的使用情况，目前主要有3类解决方案：建立数据库档案、传送信标信号和频谱感知。

表1从多个方面对3种方案进行了比较，其中频谱感知方案因具有建设成本低、与现有主系统的兼容性强等突出优点，得到了大多数研究学者的认同；另外两种由于受到政治、经济等因素的制约而很难实现，对其研究相对较少。

频谱感知技术是指认知用户通过各种信号检测和处理手段来获取无线网络中的频谱使用信息。

从无线网络的功能分层角度看，频谱感知技术主要涉及物理层和链路层，其中物理层主要关注各种具体的本地检测算法，而链路层主要关注用户间的协作以及对感知机制的控制与优化。

因此，目前频谱感知技术的研究大多数集中在本地感知、协作感知和感知机制优化3个方面。

文章正是从这3个方面对频谱感知技术的最新研究进展情况进行了总结归纳，分析了主要难点，并在此基础上讨论了下一步的研究方向。

1 本地感知技术1.1 主要检测算法本地频谱感知是指单个认知用户独立执行某种检测算法来感知频谱使用情况，其检测性能通常由虚警概率以及漏检概率进行衡量。

比较典型的感知算法包括：能量检测算法，其主要原理是在特定频段上，测量某段观测时间内接收信号的总能量，然后与某一设定门限比较来判决主信号是否存在。

认知无线电频谱感知若干关键技术研究认知无线电频谱感知若干关键技术研究摘要：无线电频谱资源的有效利用成为了现代通信技术中的重要问题之一。

认知无线电（CR）技术通过频谱感知技术可以有效地提高频谱利用效率。

本文主要针对认知无线电领域中的频谱感知技术进行了综述和研究。

首先介绍了频谱感知的基本原理和概念；然后详细讨论了频谱感知中的关键技术，包括能量检测、周期检测、循环谱估计等；接着探讨了频谱感知的算法和优化方法，并对不同场景下的频谱感知技术进行了比较和分析；最后，总结了频谱感知技术的发展趋势和挑战。

关键词：认知无线电、频谱感知、能量检测、周期检测、循环谱估计、算法、优化方法。

一、引言在现代通信系统中，频谱资源的稀缺性成为了制约通信技术进一步发展的一个重要因素。

传统的无线电通信系统采用静态分配的频谱资源，很难有效利用频谱资源。

而随着无线通信技术的发展和用户数量的增加，对频谱资源的需求也不断增加。

因此，如何高效地利用频谱资源成为了无线通信技术研究的焦点之一。

为了解决频谱资源利用不足的问题，认知无线电技术应运而生。

认知无线电技术是指通过对周围环境和频谱资源的感知来实现对频谱资源的动态分配和管理。

其中，频谱感知技术是认知无线电技术的核心。

频谱感知是指通过对周围环境中的电磁信号进行感知和分析，从而获取空闲频谱资源的技术。

频谱感知技术可以实时地检测和识别无线电频谱的使用情况，根据感知结果进行频谱资源的优化配置，从而提高整体的频谱利用效率。

频谱感知技术不仅可以提高频谱利用效率，还能够降低无线电频谱干扰的风险，提高通信系统的性能指标。

二、频谱感知的基本原理和概念频谱感知的基本原理是通过对周围环境中的无线电信号进行采样和分析，获取频谱资源的使用状态。

在频谱感知中，主要需要进行信号的能量检测、周期检测和循环谱估计等。

1. 能量检测能量检测是频谱感知中最基本的技术之一。

能量检测的原理是通过对接收信号的能量进行检测，从而判断该频率上是否有信号存在。

无线通信网络中的频谱感知技术研究与应用概述:随着移动通信的迅速发展，无线通信网络中的频谱资源日益紧张。

为了更好地利用有限的频谱资源，频谱感知技术应运而生。

频谱感知技术是一种通过监测和分析无线电频谱，以获取频谱利用信息的技术。

本文将介绍无线通信网络中频谱感知技术的研究与应用。

一、频谱感知技术的原理频谱感知技术基于认知无线电（Cognitive Radio，CR）的理念，通过监测工作频段的信号强度、频谱占用情况、可用频谱等信息，实现对频谱状态的感知。

主要有以下几个方面的核心技术：1. 信号监测与检测：频谱感知技术的第一步是对目标频段的信号进行监测与检测。

通过接收和分析周围环境中的信号，得到有关频谱利用情况的信息，包括信号的类型、频谱占用状况等。

2. 频谱动态访问：频谱感知技术还需要能够实时获取可用的频谱，以实现频谱的动态访问。

当发现某个频段未被有效利用时，CR可以通过频谱共享协议将其分配给有需求的用户，从而提高频谱利用效率。

3. 频谱拓展与扩容：频谱感知技术还可以通过频谱拓展与扩容的方式来增加频谱资源。

例如，利用空间、时间等维度的频谱复用技术，将频谱分割为多个子频带，使得多个用户可以同时使用。

二、频谱感知技术的研究进展1. 频谱感知算法的研究：频谱感知技术需要高效准确地对频谱进行感知与分析，因此频谱感知算法的研究非常重要。

目前，已经有多种高效的感知算法被提出，包括能量检测法、周期性特征检测法、相关性检测法等。

这些算法能够快速准确地判断频段的占用状况，为后续的频谱分配与管理提供参考。

2. 频谱数据库的建设：频谱数据库是实现频谱感知技术的基础设施，用于存储和管理频谱利用信息。

频谱数据库需要收集并整理各个地区、各个频段的频谱利用情况，并提供给CR设备使用。

目前，已经有一些频谱数据库在实际应用中得到了验证，但仍需要进一步完善和发展。

3. 频谱共享与管理：频谱感知技术可以实现频谱的共享与管理，为不同用户提供可靠的频谱资源。

认知无线电频谱感知技术分析摘要：认识无线电技术做为近年来通信领域的热点研究课题，是无线通信新兴智有技术之一，它对目前频谱资源利用率较低的固定频谱分配制度问题能够有效加以解决。

因此，深入探讨做为认知无线电实现频谱分配、频谱共享前提和基础的频谱感知过程，则成为整个系统环节的重中之重。

关键词：认知无线电频谱感知技术研究意义伴随着广播电视、移动通信等领域中的应用越来越广泛，无线电技术应用面不断得到扩展，这使得有限的无线电频谱资源，与社会不断增长的需求产生一定的矛盾，可以说，随着人类社会对无线电频谱资源需求的增长，其也已成为稀缺的信息社会重要资源一。

1、认知无线电频谱感知技术的研究意义频谱感知/空闲频谱检测和动态频谱资源管理是认知无线电最核心两项技术，而频谱感知过程决定了其后续环节实施的顺利与否，可以说，感兴趣频段的检测，成为整个系统实现与否的重要前提条件。

对认知无线电接收机而言，其工作地点即可在授权频段，也可在非授权频段。

在授权频段上，授权用户比认知用户的接入权要高，认知用户在占用频段后，需进行周期性检测，以防与授权用户出现使用冲突现象，若频谱空穴已为信号所占用，则还需要去寻找新的空闲频段才能进行信号的传输，所以认知用户需要判断频谱空穴是否真实存在，这个过程包含在授权频段的检测过程中。

2、认知无线电频谱感知技术分类的形式从本质上来讲，频谱感知是通过对接收信号的检测，认识用户能够对某信道存在授权用户与否作出准确判断。

同时为避免对授权用户使用造成干扰，认知用户必须能够检测出空闲频谱，以及授权用户的出现。

也就是要求认知用户有效提升检测的可靠性，从而能够实现连续、实时地侦听频谱。

同时，由于认知环境的差异，实现频谱感知还需要高度的灵活性。

频谱感知对信号的处理表现在通过信号统计对授权用户作出身份辨识和通过处理增益提高射频前端灵敏性。

总体来讲，频谱感知技术可归纳为授权用户发射端检测、授权用户接收端检测和协作检测。

其中，本地频谱检测是指单个认知用户独立执行频谱检测算法检测的过程，又可以分为: 授权用户接收端检测(primary receiver-sensing)和授权用户发射端检测(primary transmitter-sensing)。