摘要：频谱感知作为认知无线电的关键技术之一，允许非授权用户伺机访问未使用的授权频带资源，从而大大改善了频谱利用率，并且具有较低的部署成本和较好的兼容性。文章首先介绍了认知无线电的概念和频谱感知提出的背景；然后详细探讨了频谱感知面临的技术挑战和设计权衡，并考虑了安全性问题；最后对可能威胁频谱感知的安全问题进行了说明并给出了结论。
关键词：认知无线电；软件无线电；频谱感知；动态频谱访问；协同感知
王海涛1江瑾尧2（1.解放军理工大学通信工程学院南京210007；
2.解放军理工大学理学院南京211101）
认知无线电网络中的频谱感知技术及面临的挑战
收稿日期：2010-03-10
1前言
当前无线频谱资源日趋紧张，造成这种状况的
原因主要包括以下几个方面：一是资源本身有限；二是无线设备和应用越来越普及，消费者对无线频谱的需求越来越大；三是无线频谱资源的分配极不合理。因此，
有效搜索和利用未用的频谱是一项富有挑战的任务。频谱分配方式主要有两种[1]：
专用方式，出售或分配给具有唯一支配权的服务提供商或机构；公用方式，可以按照协商的方式共同使用频谱资源。需要指出的是，当前主要采用第一种分配方式，固定为用户分配指定的独占频带，这种分配方式非常低效和呆板，很快将会耗尽可用的频谱资源。实际上，许可频谱不论在时间和空间上都没有得到充分利
用。据Shared Spectrum 公司报导，所有可用频带的平均利用率不到10%，在某些频带，如30～300M Hz ，甚至低于2%[2]。专用分配方式和严格的管制策略是极
不合理的，人为加剧了无线资源的短缺问题。为此，管理层考虑实施新的频谱管理策略，引入了动态频谱访问（DSA ）的概念[3]，即允许非许可用户（ULU ）伺机利用许可用户（LU ）未使用的频带。
近来，FCC 已允许非许可用户访问TV 频带的频谱空洞。在此基础上，
IEEE 也成立了IEEE 802.22工作组负责开发相应的空中接口和此方面的标准化工
作[1]。认知无线电（Cognitive Radio ，CR ）正是在这种背
景下产生的一种崭新的无线通信模式，最早是由
Joseph M itola 博士于1999年提出的[4]。认知无线电是在软件无线电（SR ）的基础上增加了频谱感知和智能处理能力，允许认知无线电设备通过感知无线环境，按
照伺机（Opportunistic ）方式动态利用在空域、频域和时域上出现的空闲频谱资源（称为频谱空洞，即指分配给某授权用户但在特定时间和位置该用户没有使
用的频带
），从而提高现有频谱资源的利用率。2频谱感知技术
2.1
基本技术
认知无线电设备必须能够感知并分析特定区域的频段，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进行工作，将认知无线电用户通过扫描频带以确定哪些频带可用于数据传输的过程称
为频谱感知。由此可见，频谱感知（或频谱检测）技术
是CR 应用的基础和前提[5]。CR 用户在工作时必须频繁地对当前工作频段和其他频段进行感知操作。对当前工作频段感知的目的是检测频段是否出现主用户：当出现主用户时可以进行快速的规避，放弃对当前工作频段的占用，从而避免对主用户形成干扰。对其他频段感知的目的是对周围其他频段的频谱使用状况进行监测：一方面在当前工作频段不可用时，可以及时切换到其他可用的工作频段；另一方面，可以
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利用新的可用频谱资源扩展工作频段，从而提高传输速率和网络的容量。
为了保护主用户的正常通信，必须可靠识别频谱空洞。当前可以采用的方法主要包括中心数据库注册、信号广播和频谱感知[6]。前两种方法要求许可用户（也称主用户）向非许可用户（称为次用户）提供当前的频谱使用信息（如主用户的位置、功率以及工作周期等），通过在中心数据库注册相关的数据或者通过beacon信号广播此信息。尽管这两种方法可以简化次用户终端的设计，但是要求对当前的系统作适当修改，无法与传统的系统兼容。另外，这种方法的部署成本较高，需要获得位置信息，并要求随时连接到数据库或使用专用的信道来广播beacon信号。与此不同，频谱感知仅依赖于次用户终端检测许可频带来发现频谱空洞，尽管其收发器相对复杂，但成本较低、不需要改动主系统并且具有较强的适应性，因而得到了业界广泛关注和研究。
频谱感知的基本方法主要有三种[7]：如果主用户信号的结构是已知的，那么可以通过基于门限检测的匹配滤波器来予以检测。但是这种方法成本较高，特别是在系统规模较大、用户较多的情况下。另一种方法是能量检测法，只需在检测间隔测量在主频带上收到的能量，如果能量低于设置的门限，则认为存在频谱空洞。相比而言，能量检测需要更长的检测时间，但是成本较低，实现相对简单。但它的缺点是难以区分接收的能量来源，容易受到噪声的影响。如果主信号的一些特性（如载波频谱或调制类型）是已知的，则可以采用更复杂但更精确的特征检测法。特征检测法的依据是大多数主信号由于具有内在的周期特性，如载波频率、比特速率和循环嵌缀，而展现出独特的频谱相关性。实际上，往往组合使用上述技术来实现频谱感知。例如首先使用能量检测进行快速粗略的扫描识别可能的空闲频带范围，然后再利用特征检测发现其中的频谱空洞。需要指出的是，无论采用哪种检测方法，检测时间越长，检测的精度相对也越高，但是检测时间受到频谱管理规则的限制。2.2面临的挑战
频谱感知的性能会受到多方面的限制，面临诸多挑战[8]。例如次用户在利用频谱空洞时仍需要周期性检测频带以了解主用户是否出现，因此检测周期T p确定了次用户无法了解主用户活动的最大时间，进而决定了主用户的性能降级程度。通常，T p取决于主用
户业务的类型和重要性，主用户对时延越敏感，T p也
应越小。由于无法在发送数据的同时进行检测，数据
传输和频谱检测必须交替执行。一方面，希望花费尽
量少的时间用于频谱检测以提高数据传输吞吐量，另一方面希望频谱监测的频度足够大以防止影响主
用户的通信。因此数据传输速率和频谱感知准确度
之间存在冲突。如果次用户引入的干扰使得主用户
的信干比低于工作门限，那么主用户则无法正常工作。工作门限取决于干扰信号的特性、接收器对噪声
的灵敏度和特定的频带范围，如模拟TV的门限是
34dB，而数字TV则为23dB。次用户的干扰范围定义
为次用户能够对主用户造成有害干扰的最大距离。根据此定义，干扰范围与次用户的传输功率和主用
户的干扰容忍度相关。一般来说，认知无线电用户数
越多、功率越强，那么干扰范围也越大。因此需要相
应的频谱管理机制根据主接收用户的检测灵敏度对
次用户的传输活动和功率加以限制。
认知无线电网络中频谱感知的困难源于无线信
道的动态特性以及设备和网络的不确定性。在信道
出现衰落或遮蔽的情况下，较低的信号接收强度不
一定意味着主用户位于次用户的干扰范围之外，因
为主用户信号此时可能经历深度衰落或严重遮蔽[9]。因此，频谱感知必须考虑这种情况，这通常也意味着
要求认知无线电设备具有更高的检测灵敏度。在深
度衰落的情况下，单个次用户设备往往难以获得期
望的检测灵敏度，因为需要的检测时间可能会超过
设定的检测周期。为此，需要通过一组设备协作实施
监测，分享它们测得的数据并共同决策是否存在主
用户。另一方面，由于测量误差和热噪音的随机变化，使得噪音功率也难以准确测量。因此，应该考虑
最坏的噪音情况，也就要求检测器更加敏感。能量检
测受噪音不确定性影响较大，而特征检测法受其影
响较小。
此外，当次级用户数量较多时，可能存在多个次
级用户使用同一频带资源的情况，这样就存在不确
定的聚集干扰（次级用户的数量和位置未知）。在这
种情况下，即使主用户在每个次用户的干扰范围以外，但是聚集的干扰可能会对它造成影响。当次用户
距离较近时，它们可以互相检测到而避免同时发送
数据，但当距离较远时则无能为力。因此，需要协调
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不同认知无线电终端的行动以便消除或减弱上述不确定性。
2.3应对策略
考虑到诸多因素的不确定性，有必要实施协同频谱感知来代替单节点感知，以提高频谱感知的稳定性和准确性，特别适合多径衰落和遮蔽效应显著的环境[10]。例如，将多个用户分散部署以便通过空间分集来减轻多径衰落的影响，同时可以降低对单个设备的灵敏度要求，进而降低设备实现成本和复杂性。但是，感知准确度的增加是以更多的通信开销为代价的。首先需要将多个用户的本地测量结果收集到一个代理或管理节点，然后进行处理和决策并将决策结果广播到所有次级用户。因此，通常需要一条控制信道来传输这些信息。协同感知可采用集中或者分布式的方式进行。前者是指各用户将本地感知结果送到数据收集器基站（或融合中心）统一进行数据融合，再做出最后的决策；后者则是指各用户之间相互交换感知信息，然后各自做出决策。在802.22 WRAN中可以方便地实现协同感知，BS可以充当数据收集器，而CPE充当感知终端。在自组织CR网络中，每个节点同时充当感知终端和融合中心。影响协同频谱感知的关键因素包括参与协同的单个用户的感知性能、网络拓扑结构和数据融合方法。但是必须指出，协同频谱感知的控制开销较大，并会带来更大的安全问题。
一般来说，通过调整发射器的发射功率和位置可以控制干扰。但是，干扰实际上发生在接收器。因此，近来一种新的测量干扰的方法是联邦通信委员会提出的干扰温度检测。干扰温度T i的公式为T i=P i/kB，k为波尔兹曼常数，等于1.38×10-23，B为相应带宽，P i为干扰功率[11]。干扰温度可以看作是频段内的干扰功率谱密度，将干扰温度估计量和设定的干扰温度门限比较，若在特定连续时段内均小于门限，即可认为出现了频谱空洞。应用这种方法的难点在于准确确定干扰温度门限。
3设计权衡
频谱感知的设计和实现存在多种折衷，系统设计者应该根据应用需求、硬件成本、实现复杂性和可用的基础设施来做出合理决策。
在协同感知中，协作的用户数量越多，对单个用户的灵敏度要求越低，需要执行检测的时间也越短，本地处理开销相应减少。但与此同时多个用户之间的通信和协调决策引入了额外的通信协同开销。因此，在协同开销和本地处理开销之间需要进行权衡，以便配置最佳的协同用户数量以最小化总体感知开销[12]。协同用户的最优数量依赖于底层协同机制的效率。如果采用的方法是由收集器轮询认知无线电设备，那么其开销随用户的数量呈线性增长；如果允许用户同时收集感知数据，那么可显著减少开销，但代价是增加了协议的复杂性。另外，还要考虑信道的衰落特性，如果衰落特性较弱，则可减少需要的协同的用户数量。
按照搜索频谱空洞的方式可以将频谱感知划分为反应式和先验式[8]。反应式机制只在认知无线电用户需要传输数据时才检测频谱空洞，而先验式机制定期执行频谱检测以维护可用的频谱资源列表，从而最小化频谱检测的时延，但代价是增加检测开销。直观上看，时延敏感的应用更适合采用先验式感知，而能量受限的应用更倾向于采用反应式感知。因此，认知无线电设备必须根据可用的资源和应用特性来调整其频谱感知方式。但是一旦认知无线电用户开始使用频谱空洞，它就必须定期执行检测以确定主用户是否激活。
伺机访问频谱意味着次用户一旦发现主用户重新出现，就必须立即停止传输数据并重新搜索和利用新的频谱资源。尽管采用先验感知方式可以减少重新搜索频谱空洞引入的时延，但是认知无线电用户仍需要面对QoS降级，因为通信各方需要协调频率迁移及设置协议栈各层的参数。而同时使用多个许可频带传输数据可以提供通信的可靠性。在这种情况下，当主用户要求重新占用其中一个频带时只会减少次用户的传输带宽，而不会造成通信中断。实际上可以将来自多个不可靠主频带的频率块组合在一起构成更可靠的通信频带，如采用OFDM[13]作为底层调制技术，它在利用非连续频带方面具有内在的灵活性。但是采用多个频带传输的缺点在于频谱感知必须针对多个频带进行，浪费了部分可用的时间和频谱资源，降低了认知无线用户的有效数据传输速率。即选择独立操作频带数量时必须根据上层应用的特性权衡考虑数据速率和通信的可靠性/稳定性。例如对于视频流应用，通信可靠性更加重要；而对于
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普通文件传输则更愿意获得更高的数据速率。不难看出，权衡决策往往依赖于上层应用的信息，既频谱感知技术需要利用跨层设计思想[14]，协议栈各层密切合作来优化系统的性能。
4安全考虑
考虑到协同频谱感知的优势，重点说明此模式下的安全问题，主要包括主用户模仿和频谱感知数据伪造攻击[15]。
4.1主用户模仿攻击
在认知无线电网络中，主用户享有更高的频谱使用权。主用户模仿攻击这是利用了这种特性，恶意的次用户试图发送模仿主用户特性的信号来抑制其他次用户发送数据，达到抢占频谱资源或阻止合法用户通信服务的目的，其本质是拒绝服务攻击。由于CR设备的可编程性，恶意用户可以篡改无线软件以改动其发送特性（如调制方式、频率和功率等）来模仿主用户。为了防范这种攻击，必须设计一种健壮的机制来验证主用户信号的真实性。
一种简单的方法是在主用户信号中放置签名信息，另一种方法是在主用户发送器和验证器之间采用认证协议。但这两种方法都要求对现有的系统做出改动。对于一些系统如TV广播系统，可以综合利用位置信息和信号功率强度信息来区分主用户和次用户信号，因为广播塔的位置一般是固定的，如果次用户移动到和主用户相同的位置，则因为它的输出功率较低而可以加以区分。为此，需要估计信号源的位置。可以采用两种技术[16]：距离比率测试（DRT）和距离差别测试（DDT）。前者通过利用一对位置验证器获得的接收信号强度（RSS）信息来推断发送器的位置，这种方法受无线传播模型的影响较大；后者依赖于无线传播环境，它利用单个信号源发送的信号到达两个位置验证器时存在相位差别，这种相位差比可以转换成时间差别和距离差别。其他检测方式与DRT相同。DDT的缺点在于要求验证器之间严格同步。但是这两种方法对于移动和小功率的主用户系统不适用，一种可能的解决方法是利用无线环境图（REM）的概念[17]，它是以一个综合数据库，含有CR网络的全面信息，包括各种设备的位置和活动信息，从而可以甄别主用户和恶意用户。4.2数据伪造攻击
数据伪造攻击是指恶意用户发送虚假的频谱感
知数据，从而使数据收集器做出错误的频谱感知决策。为此，协同频谱感知中的数据融合技术必须足够
健壮以防止虚假的频谱感知结果造成的影响。为了
便于解释这种攻击，可以将协同感知处理建模为一
个并行融合网络，如图1所示[15]。图中N i是感知终端，
N0充当感知终端和数据收集器，y i表示N i接收到的主
信号，u i是N i发送到收集器的本地感知结果，u是最终
的频谱感知结果。为了简单起见，u和u i为二进制数字，1表示存在主用户信号，0表示不存在。
常用的判决方法包括决策融合、贝叶斯检测和neyman-pearson检验[18]。决策融合方法累加所有的本
地频谱感知结果，然后与预定的门限值比较，如果大
于门限值，则认为存在主用户信号，即u=1。保守的做
法是将门限值设为1，但是容易造成误判，并且容易
被攻击者利用。如果门限值过大，则又容易造成漏判。贝叶斯检测要求了解u i和u是0或1的先验条件概率。存在4种情况：u=0，频带空闲；u=0，频带忙；u=1，频带空闲；u=1，频带忙。其中两种决策正确，两种决
策错误，为正确的决策分配较低的成本，而为错误的
决策分配较高的成本。总体成本是4种情况的成本与
其对应的情况的概率相乘的结果之和，最后的输出
是最小化总成本的频谱检测结果。但是攻击者会影
响u的先验条件概念，使得这种方法不再适用。ney蛳man-pearson检验要求确定最大可接受的误检概率或
漏检概率，可以保证在一个概率确定的情况下最小
化另一个概率。但它也要求知道u是0或1的情况下u i
的先验条件概率，因此也会遭到数据伪造攻击。
上述3种方法的致命缺陷在于不区分频谱感知
终端的真伪，理想的方法是过滤虚假数据而只接受
可靠的频谱感知终端。此外，还应对数据融合机制加
以改进。一种改进方法是在协同感知过程中引入声
图1协同感知并行处理模型
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誉机制，此机制已广泛用于保障无线网络数据传输的安全性。例如，一种著名的安全路由协议采用了双组件框架，一个看门狗组件用于维护声誉，另一个路径选定模块将声誉信息用于路由选择[19]。协同感知中也可以采用类似的双组件框架，一个组件用于维护声誉，另一个组件将声誉信息用于数据融合。根据每个终端报告的本地感知数据准确性（相对于最终的判决结果）为其分配声誉等级，然后数据收集器利用声誉等级信息排序每个终端感知的数据可信性，即为声誉等级高的终端分配较大的权重，在最终的判决过程中起更大的作用，从而改善最终的判决结果。
5结论
认知无线电的提出，为解决日益增长的无线通信需求与有限的无线频谱资源之间的矛盾开辟了一条行之有效的途径，是未来无线通信产业的发展方向之一，并且正逐渐通过标准化进入产业领域。频谱感知作为认知无线电的基础技术之一，使无线设备具有发现并合理利用频谱空洞的能力，从而达到解决频谱资源不足和提高频谱利用率的目的。然而，必须看到认频谱感知的设计和实现尚面临诸多挑战，必须在多个方面做出合理的权衡，并且要制定完善的可操作性较强的标准和法规。此外，其大规模部署和应用还必须考虑安全性问题。
参考文献
[1]Venkatesha Prasad,Przemyslaw Pawelczak.Cognitive Function蛳
ality in Next Generation Wireless Networks:Standardization Ef蛳forts,IEEE Communications M agazine,2008,46(4):72-78
[2]FCC.Spectrum policy task force report[R].Tech Report
02-155,2002
[3]AKYILDIZ I F,LEE W Y,VURAN M C.Next generation dynam蛳
ic spectrum access/cognitive radio wireless networks:A survey [J].Commputer Networks,2006,50(13):2127-2159
[4]M itola J,M AGUIRE G Q Jr.Cognitive radio:M aking software ra蛳
dios more personal[J].IEEE Personal Communications,1999,6
(4):13-18
[5]CABRIC D,O’DONNELL I D,CHEN M S.Spectrum sharing ra蛳
dios[J].IEEE Circuit and Systems M agazine,2006,6(2):30-45 [6]T.X.Brown.An Analysis of Unlicensed Device Operation in Li蛳
censed Broadcast Service Bands,Proc.IEEE1st Symp.Dynamic
Spectrum Access Networks,Baltimore,Nov,2005:11-29 [7]D Cabric,S M ishra,R Brodersen.Implementation Issues in Spec蛳
trum Sensing for Cognitive Radios,Proc of38th Asilomar Conf.
Sig.,Sys.and Comp[C],Nov,2004:772-776
[8]Amir Ghasemi,Elvino S.Sousa.Spectrum Sensing in Cognitive
Radio Networks:Requirements,Challenges and Design Trade-offs,IEEE Communications M agazine,2008,46(4):32-39 [9] A.Sonnenschein,P.M.Fishman.Radiometric Detection of
Spread-Spectrum Signals in Noise,IEEE Trans.Aerospace Elect.Sys.,1992,28(3):654-660
[10]M ISHRAS M,SAHAI M,BRODERSEN R W.Cooperative
sensing among cognitive radios[C],Proceedings of International Conference on Communications,Turkey Jun11-14,2006: 1658-1663
[11]李波,刘勤,李维英.认知无线电技术[J].中兴通讯技术,
2006,12(2):10-13
[12]A.Ghasemi,E.Sousa,Spectrum Sensing in Cognitive Radio Net蛳
works:The Cooperation-Processing Trade-Off,Wiley Wireless Commun.and M obile Comp.,2007,7(9):1049-1060
[13]佟学俭,罗涛.OFDM移动通信技术原理与应用.北京:人民
邮电出版社,2003
[14]王海涛,刘晓明.Ad hoc网络中跨层设计方法的研究.电信
科学,2005,21(2):22-26
[15]Ruiliang Chen,Jung-M in Park,Y Thomas Hou.Toward Secure
Distributed Spectrum Sensing in Cognitive Radio Networks, IEEE Communications M agazine,2008,46(4):50-55
[16]R.Chen,J.Park.Ensuring Trustworthy Spectrum Sensing in
Cognitive Radio Networks,Proc.IEEE Workshop on Networking Technologies for Software Defined Radio Networks,USA,Sept, 2006:110-119
[17]Y.Zhao.Overhead Analysis for Radio Environment M ap-E n蛳
abled Cognitive Radio Networks,Proc.IEEE Workshop on Net蛳working Technologies for Software Defined Radio Networks, USA,Sept,2006:18-25
[18]J.Hillenbrand,T.A.Weiss,F.K.Jondral.Calculation of Detection
and False Alarm Probabilities in Spectrum Pooling Systems, IEEE Commun.Lett.,2005,9(4):349-51
[19]S.M arti.M itigating Routing M isbehavior in M obile Ad Hoc
Networks,Proc.M obiCom,USA,Aug,2000:255-265
作者简介：王海涛，博士，解放军理工大学通信工程学院副教授。研究方向为移动无线网络、普适计算和QoS保障；江瑾尧，硕士，解放军理工大学理学院讲师，研究方向为计算机网络和计算机应用。■
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认知无线电的发展历程与现状 认知无线电的发展历程与现状 摘要：认知无线电是一种通过与其运行环境交互而改变其发射参数从而提高频谱利用率的新的智能技术，其核心思想是CR具有学习能力，能与周围环境交互 信息，以感知和利用在该空间的可用频谱，并限制和降低冲突的发生，认知无线电就是通过频谱感知(Spectrum Sensing )和系统的智能学习能力，实现动态频谱分配(DSA dynamic spectrum allocation )和频谱共享(Spectrum Shari ng )。本文主要分析认知无线电的起源，认知无线电的关键技术概要，认知无线电的相关标准化进程以及认知无线电的应用场景等多个方面，对认知无线电进行一个概述，从而加深对无线电的认知与了解。关键字：认知无线电、起源、关键技术、标准化、应用 随着无线通信需求的不断增长，对无线通信技术支持的数据传输速率的要求越来越高。根据香农信息理论，这些通信系统对无线频谱资源的需求也相应增长，从而导致适用于无线通信的频谱资源变得日益紧张，成为制约无线通信发展的新瓶颈。另一方面，已经分配给现有很多无线系统的频谱资源却在时间和空间上存在不同程度的闲置。为解决无线频谱资源紧张的问题，出现了许多先进的无线通信理论与技术，如链路自适应技术、多天线技术等。这些技术虽然能提高频谱效率，但仍受限于Sha nnon理论。 美国联邦通信委员会的大量研究表明：ISM频段以及适用于陆地移动通信的2GHz 左右授权频段过于拥挤，而有些授权频段却经常空闲。因而提出了认知无线电。认知无线电是一种智能频谱共享技术。它通过感知频谱环境、智能学习并实时调整其传输参数，实现频谱的再利用，进而显著地提高频谱的利用率，通过从时间和空间上充分利用那些空闲的频谱资源，从而有效解决上述难题。 1. 认知无线电的发展历程
无线电频率管理及业务划分 无线电频谱是一种宝贵的自然资源,是现代社会得以发展的基本要素之一。它为人类所共有,为人类所共享。《条例》第四条明确:无线电频谱资源属国家所有。这是我国首次在法律上确认了无线电频谱资源作为一种自然资源的性质和地位。 无线电频谱具有一般自然资源共有的属性,也具有独特的个性。如同土地、矿产、水资源一样,无线电频谱是有限的，我国将3赫兹-3000吉赫范围内的频率列为无线电频谱,这是基于人们对无线电波的认识水平而定的。实际上,由于技术条件的限制,目前仅仅在几十吉赫以下的频谱得到了应用。这就是说,人们目前能够使用的无线电频谱仅仅是划分的总量的十分之一而己。在已用的频谱范围内,尽管可以通过科学管理和技术手段对其充分利用,但在一定的时间、空间条件下,其利用毕竟是有限的。不同于土地、矿产等资源,无线电频谱具有非耗竭性，它可以被使用,但不会消耗掉。因此,不使用就是一种浪费。另外,由于无线电频谱具有传播固有性,使用不当也会造成浪费,甚至会带来危害。为此,我们必须加强频谱的管理,使其得到合理、充分的利用。 国家无线电管理部门代表国家对整个无线电频率从宏观上作出统一部署和长远计划，这种部署和规划主要是根据各种无线电业务的特点和需要,在国际电联总的要求下,划分频段,分配频率,使各种无线电业务在指定的频段内充分合理利用。 国际上负责无线电频谱管理的机构是联合国国际电信联盟(ITU)下设的无线电通信部门。各国无线电管理机构先将本国的无线电业务所用的频率报该部门,经审查后对这些频率进行登记。国际电信联盟一般每二年召开一次各成员国参加的世界无线电行政大会,也就是现改称为世界无线电通信大会,共同协商重大的频谱分配和使用方面的问题,各国又根据其决议对本国的无线电业务的频段进行划分或调整。因此,不管在国际上还是在国内,无线电业务的分类和所划分的频段不是一成不变的,根据业务的需要、技术水平的发展会有所变动或调整。
毕业设计（论文）题目：认知无线电中频谱感知技术研究专业： 学生姓名： 班级学号： 指导教师： 指导单位： 日期：年月日至年月日
摘要 无线业务的持续增长带来频谱需求的不断增加，无线通信的发展面临着前所未有的挑战。无线电频谱资源一般是由政府统一授权分配使用，这种固定分配频谱的管理方式常常会出现频谱资源分配不均，甚至浪费的情形，这与日益严重的频谱短缺问题相互矛盾。认知无线电技术作为一种智能频谱共享技术有效的缓解了这一矛盾。它通过感知时域、频域和空域等频谱环境，自动搜寻已授权频段的空闲频谱并合理利用，达到提高现有频谱利用率的目的。频谱感知技术是决定认知无线电能否实现的关键技术之一。 本文首先介绍了认知无线电的基本概念，对认知无线电在 WRAN 系统、UWB 系统及 WLAN 系统等领域的应用分别进行了讨论。在此基础上，针对实现认知无线电的关键技术从理论上进行了探索，分析了影响认知网络正常工作的相关因素及认知网络对授权用户正常工作所形成的干扰。从理论上推导了在实现认知无线电系统所必须面对的弱信号低噪声比恶劣环境下，信号检测的相关方法和技术，并进行了数字滤波器的算法分析，指出了窗函数的选择原则。接着详细讨论了频谱检测技术中基于发射机检测的三种方法：匹配滤波器检测法、能量检测法和循环平稳特性检测法。为了检验其正确性，借助 Matlab 工具，在Matlab 平台下对能量检测和循环特性检测法进行了建模仿真，比较分析了这两种方法的检测性能。研究结果表明：在低信噪比的情况下，能量检测法检测正确率较低，检测性能远不如循环特征检测。 其次还详细的分析认知无线电的国内外研究现状及关键技术。详细阐述了频谱感知技术的研究现状和概念，并指出了目前频谱感知研究工作中受到关注的一些主要问题，围绕这些问题进行了深入研究。 关键词：感知无线电；频谱感知；匹配滤波器感知；能量感知；合作式感知；
认知无线电的发展历程与现状 摘要：认知无线电是一种通过与其运行环境交互而改变其发射参数从而提高频谱利用率的新的智能技术，其核心思想是CR具有学习能力，能与周围环境交互信息，以感知和利用在该空间的可用频谱，并限制和降低冲突的发生，认知无线电就是通过频谱感知（Spectrum Sensing）和系统的智能学习能力，实现动态频谱分配（DSA：dynamic spectrum allocation）和频谱共享（Spectrum Sharing）。本文主要分析认知无线电的起源，认知无线电的关键技术概要，认知无线电的相关标准化进程以及认知无线电的应用场景等多个方面，对认知无线电进行一个概述，从而加深对无线电的认知与了解。 关键字：认知无线电、起源、关键技术、标准化、应用 随着无线通信需求的不断增长，对无线通信技术支持的数据传输速率的要求越来越高。根据香农信息理论，这些通信系统对无线频谱资源的需求也相应增长，从而导致适用于无线通信的频谱资源变得日益紧张，成为制约无线通信发展的新瓶颈。另一方面，已经分配给现有很多无线系统的频谱资源却在时间和空间上存在不同程度的闲置。为解决无线频谱资源紧张的问题，出现了许多先进的无线通信理论与技术，如链路自适应技术、多天线技术等。这些技术虽然能提高频谱效率，但仍受限于Shannon理论。 美国联邦通信委员会的大量研究表明：ISM频段以及适用于陆地移动通信的2GHz左右授权频段过于拥挤，而有些授权频段却经常空闲。因而提出了认知无线电。认知无线电是一种智能频谱共享技术。它通过感知频谱环境、智能学习并实时调整其传输参数，实现频谱的再利用，进而显著地提高频谱的利用率，通过从时间和空间上充分利用那些空闲的频谱资源，从而有效解决上述难题。 1.认知无线电的发展历程 认知无线电的概念是由Joseph Mitola博士在1999年提出的，他认为认知无线电可以使SDR从预置程序的盲目执行者转变为无线电领域的智能代理，并在论文中描述了认知无线电如何通过无线电知识表示语言（RKRL）来提高个人无线业务的灵活性。2004年Rieser支出认知无线电不一定必须有SDR的支撑，他提出基于遗传算法的生物启发认知模型更适用于可快速部署的灾难通信系统。该认知模型可对无线电系统的物理层和MAC层烦人演进建模，主要由三部分组成，包括用于监听无线环境，进行信道建模的无线信道遗传算法（WCGA）、演进并自适应无线环境的无线通信遗传算法（WSGA）和根据无线电信道模型和无线电参数，监视并改变系统的状态，以决定如何适应无线电的认知监视系统（CSM）。 2003年5月，FCC召开了无线电研讨会，讨论了利用认知无线电技术实现灵活频谱利用的相关技术问题。并且对从频谱管理的角度出发对认知无线网进行了官方定义，认为认知无线电是指能够通过与工作环境的交互，改变发射参数的无线电设备。针对频谱利用率低的现状，FCC提出采用认知无线电技术实现“开放
研究初期。大量文献。判断有无信号传输。识别信号类型。 1)匹配滤波器 主用户信号已知时最佳。感知速度快。但对信号已知信息的要求高，感知单元的实现复杂度极高（需要对大量类型信号的匹配滤波）。 2)基于波形的感知 已知主用户信号的patterns（用于同步等的前导序列等等），对观测数据做相关。在稳定性和收敛速度上比基于能量检测的感知要好。 判决门限的选取。信号功率因信道传输特性和收、发信机之间的距离的不确定性而难以估计。实际中，可由特定的虚警概率给出门限，此时只需知道噪声方差。 3)基于循环平稳性的感知 信号的平稳特征由信号或信号统计量（期望、自相关等）周期性引起。利用循环相关函数（而非功率谱密度）检测信号，可将噪声与信号分离。因为噪声广义平稳无相关量，而调制信号由于循环平稳而存在谱相关。循环谱密度（CSD）函数的计算是对循环自相关函数做傅里叶变换。循环频率与信号的基本频率一致时，CSD函数输出峰值。 4)基于能量检测的感知 低运算复杂度和低实现复杂度。缺点在于：判决门限的选择困难；无法区分能量来源是信号还是噪声； 低SNR条件下性能差。噪声水平的动态估计，降秩特征值分解法。GSM时隙能量检测，需与GSM系统同步，检测时间限制在时隙间隔内。FFT之后频域能量检测。检测概率在各种信道条件下的闭式解。 5)无线电识别 识别主用户采用的传输技术。获得更多的信息，更高的精度。比如蓝牙信号的主用户位置局限在10m 之内。特征提取和归类技术。各种盲无线电识别技术。 6)其它感知方法 多窗口谱估计。最大似然PSD估计的近似，对宽带信号接近最优。计算量大。 Hough变换。 基于小波变换的估计。检测宽带信道PSD的边界。 协同感知—— 协同（合作、协作）用来应对频谱感知中噪声不确定性、衰落和阴影等问题。解决隐终端问题，降低感知时间。提出有效的信息共享算法和处理增加的复杂度是协同感知要解决的难题。控制信道可利用：1）指配频带；2）非授权频带；3）衬于底层的UWB。 共享信息可以是软判决或硬判决结果。（基于能量检测的）感知合并方式：等增益合并、选择式合并、Switch & Stay（扫描式）合并。协同算法应：协议开支小；鲁棒性强；引入延迟小。 非协同感知，优点为计算和实现简单，缺点为存在隐终端问题、多径和阴影的影响。 协同感知，优点为更高的精度（接近最优）、可解决阴影效应和隐终端问题；缺点为复杂度高、额外通信流量开支和需要控制信道。 协同感知的两种实现形式： 1)中心式感知。中心单元广播可用频谱信息或直接控制CR通信。AP。硬信息合并、软信息合并。 2)分布式感知。彼此共享信息，自己对频谱做出判决。不需要配置基础结构网络。 外部感知—— 外部感知网络将频谱感知结果广播给CR。优点：可解决隐终端问题和衰落及阴影引起的不确定性；CR无需为感知分配时间，提高频谱效率；感知网络可以是固定的（避免电池供电）。外部感知可以是连续的或周期性的。感知数据传递给中心节点进一步处理，并将频谱占用信息共享。
无线电频率使用率评价方法第3部分：电视 和声音广播系统 （征求意见稿） 编制说明 标准起草小组 2020年3月
编制说明 1．标准“范围”的内容 本部分规定了对调频频段广播系统、地面电视系统频率使用率评价的专用方法，通过以固定监测站监测为主，以车载或可搬移式监测设备为辅的方式，利用常规监测设备、调频广播和地面电视专用监测设备开展测试，具体包括频率使用率评价方法、测试系统要求、测试要求等内容。 本部分适用于调频广播、调频频段数字音频广播、地面数字及模拟电视的频率使用率评价测试。2．工作简况，主要包括：任务来源、主要工作过程、各起草单位和起草人及其在起草过程中所承担的工作等情况、对标准草案进行会议讨论范围、征求意见的范围、审查的范围2018年国家标准化管理委员会《关于下达第四批推荐性国家标准计划的通知》（国标委发函﹝2018﹞83号）中将“无线电频谱资源审计方法”系列标准纳入国家标准制修订计划，项目编号为：20184245-T-339，项目计划名称为“无线电频谱资源审计方法第3部分：电视和声音广播系统”。 本标准项目任务下达后，国家无线电监测中心（以下简称中心）筹备成立标准起草组，依据2016年以来国家无线电办公室开展的全国无线电频谱使用评估、使用率评价工作，制定此标准。 2016年底，《中华人民共和国无线电管理条例》（以下简称《条例》）正式发布，《条例》中对无线电频谱资源的使用率要求提出了具体要求，第十六条指出无线电频率使用许可证应当载明无线电频率的用途、使用范围、使用率要求、使用期限等事项，第二十六条指出除因不可抗力外，取得无线电频率使用许可后超过2年不使用或者使用率达不到许可证规定要求的，做出许可决定的无线电管理机构有权撤销无线电频率使用许可，收回无线电频率。2017年12月15日，工业和信息化部颁布《无线电频率使用率要求及核查管理暂行规定》（工信部无[2017]322号，以下简称《暂行规定》），并规定自2018年1月1日起施行，以具体支撑《条例》中无线电频率使用率的要求。《暂行规定》规定对无线电频率使用率采用频段占用度、年时间占用度、区域覆盖率以及用户承载率（用户规模）等指标进行评价，并特别对各种指标进行了定义，对陆地移动通信、水上移动通信、固定业务、无线电测定业务、气象辅助业务及空间无线电电台和卫星通信网等的使用率指标进行了规定，但指标中没有具体提及广播及电视方面的内容。 前期工作情况：2016年，为满足国家无线电办公室组织的全国无线电频谱使用评估专项活动工作技术要求，在工业和信息化部无线电管理局指导下，在调研我国无线电管理需求并结合监测能力和厂商意见基础上，中心起草了《无线电频谱使用评估通用方法》建议并经无线电管理局认可，提出了评估指标及计算方法。2016年、2017年，全国无线电管理机构以此通用方法，开展了针对公众移动通信、通信卫星、广播等多项无线电业务的频率使用情况评估工作，中心参与支撑相关工作，协助无线电管理局完成了2016、2017年国家无线电频谱使用评估报告，为我国频率资源事中、事后管理提供了有力的支撑。国家
关于认知无线电的应用思考 认知无线电核心思想是CR具有学习能力，能与周围环境交互信息，以感知和利用在该空间的可用频谱，并限制和降低冲突的发生。CR有可能赋予无线电设备根据频带可用性、位置和过去的经验来自主确定采用哪个频带的功能。 工程化得话，就是基于与操作环境的交互能动态改变其发射机参数的无线电，其具有环境感知和传输参数自我修改的功能。CR是一种新型无线电，它能够在宽频带上可靠地感知频谱环境，探测合法的授权用户(主用户)的出现，能自适应地占用即时可用的本地频谱，同时在整个通信过程中不给主用户带来有害干扰。 过程： 通过感知外界环境，并使用人工智能技术从环境中学习，有目的地实时改变某些操作参数(比如传输功率、载波频率和调制技术等)，使其内部状态适应接收到的无线信号的统计变化，从而实现任何时间、任何地点的高可靠通信以及对异构网络环境有限的无线频谱资源进 行高效地利用。认知无线电的核心思想就是通过频谱感知（Spectrum Sensing）和系统的智能学习能力，实现动态频谱分配（DSA：dynamic spectrum allocation）和频谱共享（Spectrum Sharing）。 认知无线电中，次级用户动态的搜索频谱空穴进行通信，这种技术称为动态频谱接入。在主用户占用某个授权频段时，次级用户必须从该频段退出，去搜索其它空闲频段完成自己的通信。
1.平台结构 认知无线电的物理平台的实现是以软件无线电平台为基础的，其物理平台结构与软件无线电平台结构基本相同，两者之间的比较如图3[9]所示，它主要在软件无线电平台的基础上增加了感知，学习等功能，以实现其独特的认知能力。 其中，无论对于软件无线电平台还是认知无线电平台，软件部分的硬件支撑都是通用硬件平台。也就是说，从图1可以看出，和软件无线电类似，认知无线电物理平台也主要由射频前端、数模模数转换器以及通用硬件平台3个部分组成。 图1认知无线电与软件无线电物理平台结构的比较 其中，为软件提供硬件支撑的认知无线电通用硬件平台的组成和结构与软件无线电系统的硬件平台基本类似，但除了常见通信系统所需的数字信号处理外，认知无线电还需要完成频谱感知、频谱分析、频谱判决等认知无线电特有的功能。 而认知无线电平台中使用的A/D和D/A模块的作用和性能指标也与软件无线电系统基本相同。A/D和D/A模块一般集成在通用硬件平台之中。
广东省无线电频谱监测统计工作规范 （试行） 广东省信息产业厅 二○○七年十月十六日
目录 第一章总则 (3) 1.1目的 (3) 1.2适用范围 (3) 1.3参考文件 (3) 1.4名词解释 (4) 第二章无线电频谱监测统计工作职责 (5) 2.1省级无线电管理机构的工作职责 (5) 2.1.1广东省信息产业厅（广东省无线电管理办公室）的工作职责 (5) 2.1.2广东省无线电监测站的工作职责 (5) 2.2各地以上市（含地级）无线电管理机构的工作职责 (5) 第三章无线电频谱监测统计工作内容 (6) 3.1无线电频谱监测工作计划的制定 (6) 3.2无线电频谱监测统计 (6) 3.2.1监测频段范围 (6) 3.2.2监测时间要求 (6) 3.2.3监测内容及技术方法 (6) 3.3监测情况总结 (7) 3.4监测统计结果的上报 (7) 第四章无线电频谱监测统计工作技术规范 (8) 4.1频道占用度 (8) 4.1.1频道占用度的计算公式 (8) 4.1.2频道占用度测试方法及测试参数的设定 (8) 4.1.3频道占用度测试的设定 (9) 4.2频段占用度 (9) 4.2.1频段占用度的计算公式 (9) 4.2.2频段占用度统计方法 (10) 4.2.2.1同城单站频段占用度数据统计方法 (10) 4.2.2.2同城多站频段占用度数据统计方法 (10) 4.2.3全省频段占用度数据统计方法 (11) 4.3测量结果记录和上报要求 (11) 4.3.1测量数据记录要求 (11) 4.3.2测量数据上报要求 (11) 第五章?无线电频谱监测统计报告?报送要求 (12) 5.1?无线电频谱监测统计报告?内容及格式要求 (12) 5.1.1文字部分 (12) 5.1.2报表部分 (12) 5.2报送时间及报送方式要求 (13) 第六章无线电频谱监测统计报告评价指标体系 (14) 6.1评价机制 (14)
摘要：认知无线电是指具有自主寻找和使用空闲频谱资源能力的智能无线电技术。认知无线电技术的提出，为解决不断增长的无线通信应用需求与日益紧张的无线频谱资源之间的矛盾提供了一种有效的解决途径。当前，认知无线电技术从理论到实践都面临很多困难。文章简述了认知无线电的基本原理，对认知无线电涉及的射频、频谱感知和数据传输等物理层核心关键技术进行了总结分析，并结合当前的发展状况对该技术未来的发展趋势进行了预测。 关键词：认知无线电；频谱感知；数据传输；网络体系与协议 Abstract: Cognitive Radio (CR) is an intelligent radio technology which has the capability to search and utilize underutilized spectrum resources. CR has been recognized as an effective solution to the dilemma introduced by the rapid growth of wireless communications and the scarcity of spectrum resources. However, from theory to practical applications, there are many challenges faced by CR currently. In this paper, the key physical layer techniques of CR, such as radio frequency front-end, spectrum sensing and data transmission, are discussed. According to the status of the research, the development tendency of this technology is also predicted. Key words: cognitive radio; spectrum sensing; data transmission; network architecture and protocol 随着无线通信需求的不断增长，对无线通信技术支持的数据传输速率的要求越来越高。根据香农信息理论，这些通信系统对无线频谱资源的需求也相应增长，从而导致适用于无线通信的频谱资源变得日益紧张，成为制约无线通信发展的新瓶颈。另一方面，已经分配给现有很多无线系统的频谱资源却在时间和空间上存在不同程度的闲置。因此，人们提出采用认知无线电(CR)技术，通过从时间和空间上充分利用那些空闲的频谱资源，从而有效解决上述难题。 这一思想在2003年美国联邦通信委员会(FCC)的《关于修改频谱分配规则的征求意见通知》中得到了充分体现，该通知明确提出采用CR技术作为提高频谱利用率的技术手段。此后，CR技术受到了产业界和学术界的广泛关注，成为了无线通信研究和市场发展的新热点。然而，CR技术从理论到大规模实际应用，还面临很多挑战。这些挑战包括了技术、政策和市场等诸多方面。本文从技术的角度，总结分析CR的基本原理、关键技术，并对将来技术发展趋势进行预测。 1 认知无线电基本原理 1.1 认知无线电的概念与特征 自1999年“软件无线电之父”Joseph Mitola Ⅲ博士首次提出了CR的概念并系统地阐述了CR的基本原理以来，不同的机构和学者从不同的角度给出了CR的定义[1-3]，其中比较有代表性的包括FCC和著名学者Simon Haykin教授的定义。FCC认为：“CR是能够基于对其工作环境的交互改变发射机参数的无线电”[4]。Simon Haykin则从信号处理的角度出发，认为：“CR是一个智能无线通信系统。它能够感知外界环境，并使用人工智能技术从环境中学习，通过实时改变某些操作参数(比如传输功率、载波频率和调制技术等)，使其内部状态适应接收到的无线信号的统计性变化，以达到以下目的：任何时间任何地点的高度可靠通信；对频谱资源的有效利用。”
认知无线电技术 相信童鞋们都对大名鼎鼎的认知无线电技术有所耳闻，那到底是个什么东东呢？下面射频君就来给大家普及一下认知无线电的基本知识。随着无线通信需求的不断增长，对无线通信技术支持的数据传输速率的要求越来越高。根据伟大的香农同志所提出的信息理论，这些通信系统对无线频谱资源的需求也相应增长，从而导致适用于无线通信的频谱资源变得日益紧张，成为制约无线通信发展的新瓶颈。另一方面，已经分配给现有很多无线系统的频谱资源却在时间和空间上存在不同程度的闲置。问题出现了，解决发法捏？因此，伟大的科学家筒子们提出了采用认知无线电(CR，全称Cognitive Radio)技术，通过从时间和空间上充分利用那些空闲的频谱资源，从而有效解决上述难题。认知无线电是一种智能频谱共享技术，通过智能学习以及对频谱环境的感知对传输参数进行实时的调整，能够对频谱的利用率进行显著的提升。 “无线电之父”Mitola的概念模型包括硬件和软件。其软件部分由基础软件和智能软件构成。硬件部分重点使用软件无线电的基本体系结构，由安全模块、调制解调器、天线、射频、基带信号处理和用户接口部分构成。调制解调器可以解决收发信号的调制解调以及均衡信号的问题；天线是为了接收并发射无线电信号；射频前端由无线电信号的放大以及其必要变换构成；基带处理模块能够解决网络中的各种协议与控制问题，兼容不同的网络；用户接口部分可以根据RKRL语言满足不同的接口服务，同时使用关于用户需要的支持自动推理的方
法，实现个人通信服务。 1. 频率侦听 认知无线电技术在应用中，能够对频谱进行连续的侦听，以此对没有占用的频谱进行及时的发现，在不对主用户造成干扰的情况下对用户的再次出现进行快速的检测，以此便于为用户腾出相应的带宽。要想对该功能进行实现，就需要对一种新的功能-频谱侦听技术进行运用，能够获得非常高的检测率。而受到检测能力的限制以及阴影衰落以及多径情况的影响，为了能够更为准确的对用户不同的接收功率进行检测，该技术在带宽频率捷变以及前端灵敏度方面具有更高的要求。在早期，其对周期平稳过程以及导频信号技术进行应用，并不能够对频谱检测的可靠性进行满足。而就目前来说，则可以通过DF、AF以及CF协议的应用对其频谱侦听能力进行提升。 2. 动态频谱分析 在现今的频谱研究中，欧洲地区的很多项目已经对不同网络的动态频谱分配算法进行了研究，而对于认知无线电网络来说，用户在可用信道、位置以及数量方面的需求具有着变化的特征，并因此使这部分技术存在着不完全适用的情况。考虑到目前动态频谱分配在标准、政策以及接入协议等方面的限制，基于频谱统筹策略是现今应用较多的频谱共享技术，在该技术中，其思想即首先将不同业务的频谱合并成一个公共的频谱池，之后再将其划分为不同的信道。没有得到授权的用户，则可以对这部分空闲的信道进行临时的占用。对于该策略来说，对信道应用的公平性以及利用率进行了充分的考虑，可以说是一个受
Xilinx大学生竞赛项目申请报告提纲及说明 1． 项目背景 （1）项目名称：认知无线电的频谱检测 （2） 项目背景：随着无线通信需求的不断增长，可用的频谱资源越来越少，呈现日趋紧张的状况；另一方面，人们发现 全球授权频段尤其是信号传播特性较好的低频段的频谱利 用率极低。认知无线电技术为解决频谱利用率低的问题提 供了行之有效的方法。由于认知无线电在使用空闲频段进 行通信的同时不断地检测授权用户的出现，一旦检测到授 权用户要使用该频段，认知无线电用户便自动退出并转移 到其他空闲频段继续通信，确保在不干扰授权用户的情况 下，与他们进行频谱共享。这样一来，在没有增加新频段 的情况下提升了用户量，且保证授权用户和认知用户通信 的可靠性，大大提高了频谱的使用效率。 （3）项目内容：本次课题主要研究认知无线电频谱检测的FPGA 实现。目前最为常用的认知无线电频谱检测方法是能量检 测。我们将一路电视信号下变频至基带信号再进入电路调 理模块对信号进行50欧匹配，并对信号进行放大，然后用 宽带A/D对信号进行采样，将采样后的数字信号做8点FFT 运算，再通入能量和累加电路，最后通过能量阈值判决电 路，判断频带的利用情况，从而找到频谱空穴，为认知无 线电的功能实现打下基础。 （4）项目难点：（1）高效低成本的FFT模块的设计与实现。 （2）累加器和阈值判决电路模块的设计与实现。 （5）项目的开发意义：认知无线电的显著特征是具有认知能 力，认知功能包括频谱感知，频谱分析和频谱判决。频谱 感知用于频谱空穴检测，是认知无线电系统实现的前提之 一。 （6） 硬件开发平台：Spartan 3E Board 2． 频谱感知的背景知识 本次设计以四通道的电视信号为例进行实现，在我国一路电视信号的传输需要8M的带宽，那么传输四路电视信号需要32M的带宽才 能实现。 我们将该四路电视信号进行复信号处理和频谱搬移，使其生成I,Q 两路正交信号，其AD频率采样为32MHZ，为了检测各个通道的频谱
国外无线电频谱的管理现状 一、外部环境 二十一世纪将是信息社会时代，谁掌握了信息谁就有了竞争的优势。信息时代将改变人们的工作方式以及生活方式，而且将彻底改变世界利益的格局和竞争的态势。通信的重要性已经不仅表现为社会的基础设施，它已经成为现代社会生产力的要素和综合国力的组成部分。因此世界各国均投入巨资，促进和加强通信的现代化。无线电通信是传递信息的重要手段，为全社会提供着各类信息传递服务，在社会协调、经济发展、国防建设和人民生活中发挥着重要的作用。每天收听无线广播电台，使用蜂窝移动通信技术已经是人们同常生活中不可缺少的一部分了，尤其是移动状态下的通信，无线电已经成为其他方式无法替代的手段。无线电通信广泛的应用于公众通信、广播、电视、交通、石油化工、气象、渔业、旅游、教育、国防、公共安全等部门，并大量用于外贸、金融、证券、工商、体育等社会的各行各业，对于促进信息交流、保障国家安全、维护社会稳定、搞好生产调度、丰富人们物质文化生活都发挥着重要的作用，具有明显的社会与经济效益。 如上所述，无线电频谱是一种特殊宝贵的自然资源，它的应用非常重要而且广泛。当前在人类走向信息社会的情况下，无线电频谱越来越显得重要，可以说谁能够对无线电频谱资源丌发的充分，管理与利用得更科学有效，谁就能够在国际范围的竞争中处于优势地位。由于无线电频谱的管理涉及到很多方面，不仅有频率的划分、分配和设置无线电台的频率指配等问题，还有无线电设备的研制、生产和销售等问题。既有行政管理问题，又有技术问题。因此，管理无线电频率，台站和设备必须综合采用行政管理，法制管理，经济管理，技术管理等有效手段行政管理手段是无线电频谱管理工作中最常使用的手段，目前还被很多国家政府所采用。一般由相关政府机构颁布对频谱资源的利用与指配规则，指定相对业务，并采取执照或许可的方式对使用频谱资源的设备进行市场准入。 二、国外无限频谱管理现状 首先，无线电管理部门需要详细规定频率划分政策，指定频谱使用规则。例如美国的联邦通信委员会(FCC)就颁布实施了通信管理条例共一百余个部分，详细规定了各段频谱资源可用于进行的无线业务；并详细规定了相对应设备的技术指标。 目前制定无线电管理法的国家有日本《电波法》、澳大利亚《RadioCommunication Bill))、新西兰((Radio Communication ACT))、中国《无线电管理条例》，美国、英国、荷兰则以通信法((Communication ACT))涵盖之。 1.下面主要介绍美国无线电管理 美国电信方面的法律已形成比较完整的体系，主要有：通信法(Communication Act of 1934)，1996年作了较大的修改，称作Telecommunication Act of 1996。主要修改是增加保证公平竞争方面的规定和促进技术发展的规定等。卫星通信法(Communication Satellite Act of l 962)国家电信和信息管理组织法(National Telecommunications and InformationAdministration Organization Act)电话揭发和争端解决法(Telephone Disclosure and DisputeAct)法律执行通信援助法(Communications Assistance for Law Enforcement Act)附加通信法令(Additional Communications Statute)
无线电环境中的动态频谱分配 林晶 北京邮电大学电信工程学院，北京(100876) E-mail：linjing0597@https://www.doczj.com/doc/738947030.html, 摘要：本文简要介绍了为了解决无线通信频谱紧张的现状提出的动态频谱分配的方法。首先介绍了频谱分配的3种基本方法，并将他们进行比较，引出contiguous动态频谱分配。重点介绍了全局，时域和空域方面动态频谱分配的经典算法结构。 关键词：固定频谱分配，动态频谱分配，contiguous动态频谱分配 1.引言 目前的无线电频谱被划分为不重叠的区域，并把他们分配给不同的无线电标准。频谱的独有使用解决了标准之间冲突的问题，但是这种频谱固定分配（FSA）仍然存在着许多缺点。首先，先前被分离的不同无线行业现在正在有合并的趋向，由不同系统支持的服务的界限也变得模糊不清。随着核心网连接不同系统形成了一个复杂的无线网络，在将来也会有更大的兼并。它影响了过去这种对于不同服务的调整机制，使得它变得不不合时宜。其次，大部分的通信网络受限于时间和地点的变化，所以在某时某地某些用户的无线频谱处于不充分利用时，其他某个用户正处于频谱短缺的时候。基于无线频谱的商用价值和频谱利用率的重要性，诸如此类的浪费必须避免。所以，动态频谱分配（DSA）应运而生。 2.动态频谱分配的方法 对于DSA的方法，比较被给予肯定的DSA方法有两种[1]：contiguous DSA 和 fragmented DSA。如图2-1，表示了固定频谱分配（FSA），contiguous DSA 和 fragmented DSA这三种频谱分配方法的示意图。 图2-1 固定频谱分配，contiguous DSA 和 fragmented DSA的频谱分配示意图[1] 固定频谱分配将临近的频谱分配给临近的RAN，频谱之间有适当的保护频带。但顾名思义，无论业务量大小，分配给各RAN的频谱量是固定不变的。contiguous DSA可以被看成是FSA到DSA的演变阶段，它仍然使用邻近的频谱分配给不同RANs，在频谱之间也有适当的保护频带将他们分开，但是，分配给不同系统的频谱宽度可以根据业务量变化。只有
国家无线电监测中心 国家无线电频谱管理中心 VHF 地空话音与数据通信系统监测方法
国家无线电监测中心 国家无线电频谱管理中心
国 家无线电监测中心 国家无线电频谱管理中心 目 录 1 范围 ...................................................................... 4 2 规范性引用文件 ............................................................. 4 3 术语和定义 ................................................................. 4 4 VHF 地空数据通信系统 . (6) 4.1 通信频率 ..................................................... 6 4.2 信号类型及参数特征 ............................................. 6 4.3 系统框图 ..................................................... 7 4.4 设备组成 ..................................................... 8 4.5 设备主要技术参数 . (9) 4.6 设备发射场强和有效辐射功率 (9) 5 监测设备配置规范 (9) 5.1 监测设备总的要求 .............................................. 9 5.2 接收机的基本要求 .............................................. 9 5.3 测量天线 .................................................... 10 5.4 射频电缆 .................................................... 10 6 VHF 地空数据通信系统监测方法 . (10) 6.1 监测方式 .................................................... 10 6.2 监测地点 .................................................... 11 6.3 监测类型 . (11) 6.4 监测流程 .................................................... 12 6.5 场强测量 .................................................... 13 6.6 占用度测量 ................................................... 13 6.7 干扰判定分析 ................................................. 14 6.8 干扰类别分析 ................................................. 15 6.9 干扰源定位方法 ............................................... 16 附录A ...................................................................... 18 附录 B ..................................................................... 20 附录 C (21)
《认知无线电频谱分配的博弈论方法》总结 张烨，龚晓峰 2009 摘要：问题：认知无线电中频谱分配问题备受关注，分配给用户的频谱资源却在时间或空间上存在不同程度的闲置。分析：为了提高频谱分配，需要涉及大量策略选择问题，可以利用博弈论的相关原理进行分析研究。解决问题方法：建立合适的认知无线电频谱分配问题的博弈论框架，从而促进无线通信的发展。 1、提出问题：无线通信技术不断发展，人们对无线通信需求不断增长，适用于无线通信的 频谱资源变得日益紧张，提高频谱利用率是当前亟待解决的问题。 2、分析问题： 2.1认知无线电技术：通过对周围环境的感知，动态改变传输功率、载频、调制方式等传输参数以适应运行环境的变化，从而提高频谱利用率[。 2.2认知无线电的频谱分配技术 2.2.1问题:在认知无线电中，频谱分配是根据需要接入系统的节点数目及其 QoS 要求将频谱分配给一个或多个指定节点。 2.2.2分析：（1）因此需要一种更为有效的频谱分配方法从而在各地区和各时间段里有效地利用空闲频谱，提高频谱利用率。频谱分配策略的选择直接决定系统容量、频谱利用率以及能否满足用户因不同业务而不断变化的需求。 （2）认知无线电的频谱分配原则:1)保证灵活性。2）应能提高系统性能。3）应尽量减小信令开销和计算量。
2.3.1问题：图论模型和定价拍卖模型都有很大的局限性，无法更好推动认知无线电频谱分配问题。 2.3.2分析：在频谱分配算法设计过程中，设计了大量的策略选择问题，因此需要提出新的频谱分配模型。 2.3.3解决方法：对于涉及策略选择的频谱分配问题，可以利用博弈论对相关的自适应算法进行分析。在分析过程中，主要需要确定以下四个方面的问题：(1) 算法是否具有稳 定状态；(2) 这些稳定状态是什么；(3) 这些稳定状态是否满足需要；(4) 算法收敛到稳定状态所需要的约束条件 图（1）认知无线电博弈论分析流程 1）论证算法具有稳定状态。在多数博弈论模型里，分布式算法的稳定状态为纳什均衡。 一般情况下，判断一个博弈过程中存在纳什均衡的充分条件：a、参与者集合是有限的；b、行动集合是封闭的，有界的凸集；c、效用函数是在行动空间上的连续的、拟凹函数。 补充1、纳什均衡：若一个行动向量满足：ui(a)≥uibi,a-i)?i∈N,bi∈Ai，则向量 a 被称为纳什均衡。也就是说，在参与者集合里，如果没有一个参与者能够靠自身行动的改变来提高自身收益时，整个参与者集合对应的行动向量就称为纳什均衡。 补充2、实际应用中，绝大多数算法都满足这些条件，即多数认知无线电的算法都有一个默认的稳定状态。 2）判定稳定状态。通过遍历一个博弈过程中所有可能的行动向量来判定一个博弈过程中 所有的稳定状态。 3）确定稳定状态是否满足需求。在找到纳什均衡点后，还应该确定此纳什均衡点是否为 我们所需要的。 3）.1举例模型:一个具有中心接收机的单一簇 DS-SS 网络，除了中心接收机外，网络中的所有节点调整它们的发射功率，使得信号与加性干扰噪声比达到最大。所有者参与者的效用函数方程： ( ui(p)=hipi/??(1/k) k∈N\i∑hpkk+σ] （1） 其中，参与者集合是簇中除了中心接收机外的节点；行动集合是所有可能的功率等级(假设可选的功率等级有限)；所有参与者的效用函数由式（1）给出；pi 是节
认知无线电研究背景意义与现状 1 认知无线电的产生背景 2 认知无线电的产生 3 认知无线电技术的国内外研究现状 4 认知无线电频谱感知技术的研究意义 5 认知无线电技术研究的主要任务 1 认知无线电的产生背景 随着无线通信技术的飞速发展，无线用户的数量急剧增加，可用频谱资源变得越来越稀缺。当今绝大多数频谱资源都是采用固定的分配模式，由专门的频率管理部门分配给特定的授权用户使用。而对于另外一些非授权用户的通信需求，如无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)、无线个域网(Wireless Personal Area Network，WPAN)等，由于其近几年发展迅速，导致这些网络所工作的非授权频段逐渐趋向饱和。据美国研究结果指出，现有的频谱管理与分配策略是造成频谱资源紧缺的重要原因之一，导致某些网络频谱资源相对较少但其承载的业务量很大，而相当多的已授权的频谱并没得到充分的使用。美国联邦通信委员会(Federal Communications Commission, FCC)在2002年出版的报告中指出，已分配的频谱利用率为15,,85,，已经分配的3GHz以下的频谱资源中多达70,未被充分利用。一项中国移动的研究表明，大多数频段利用率不到5%，密集城区一周频段占用度的测试结果显示，占用度较高的频率主要集中410-954MHz频段，GSM下行频段占用度最高，广播频段、集群系统下行和ISM频段次之，其他频段的占用度则极低。其中GSM频段资源块的占用度明显高于广播频段。GSM频段占用度大于0.1的资源块约占总数的62%，广播频段占用度大于0.1的约8%。
无线电频谱资源的特性。 无线电频谱是一种特殊的自然资源。说它是一种自然资源，是由于它具有一般资源的共同特性，像土地、水、矿山、森林一样是国家所有的。但从国际范围来说，它又属于人类共有的、人类共享的。此外，它还具有一般自然资源所没有的如下特性： （1）无线电频谱资源是有限的。包括红外线、可见光、X射线在内的电磁波的频谱是相当宽的，而无线电通信使用的频谱资源，最底可为3KHz，最高达3000GHz。更高的电磁频谱当然不是以3000GHz为限的，使用3000GHz以上电磁频谱的电信系统也在研究探索之中，但它最大不能超过可见光的范围。由于受到技术上和可提供能够操作使用的无线电设备方面的限制，ITU当前只划分了9KHz~400GHz范围，而且目前实用的较高的频段只是在几十GHz。根据无线电波的传播特性，像大家所熟知的蜂窝移动通信业务（俗称大哥大）一般只能工作在3GHz以下，现主要工作在800MHz、900MHz/1800MHz。另外，尽管人们可以通过频率、时间、空间这三维相互关联的要素进行频率的多次复用指配来提高频率利用率，但就某一频率或频段而言，在一定的区域、一定的时间、一定的条件下之下，它又是有限的。 （2）无线电频谱可以被利用但不会被消耗掉，是一种非消耗的资源。它不同于土地、水、矿山、森林等可以再生或非再生的资源，如果得不到充分利用，则是一种资源浪费，而若使用不当也是一中资源浪费，甚至会造成严重的危害。 （3）无线电波有固有的传播特性，它不受行政区域、国家边界的限制。因此，任何一个国家、一个地区、一个部门甚至个人都不能随意地使用，否则会造成相互干扰而不能确保正常通信。 （4）无线电频谱资源极易受到污染。它最容易受到人为噪声和自然噪声的干扰，使之无法正常操作和准确而有效地传输各类信息。 鉴于上述原因，为了加强对无线电频谱这种宝贵资源的、有限的自然资源管理和有效地利用，从便于无线电频谱的规划、管理以及设备的研制生产和使用出发，通常对无线电频谱按业务进行频段和频率的划分、分配和指配。按规定把某一频段供某一种或多种地面或空间业务在规定条件下使用，称为“频率划分”。为此，国际电联（ITU）专门制定了国际《无线电规则》，实际上这是一个各个国家都要遵守的国际上通用的无线电法规，各个国家也都据以制定了自己国家的无线电法或相关的详细管理规定，同时为各类无线电业务划分了频率或频段。ITU还专门建立了国际频率划分表，把世界划分为三个区域，第一区域包括欧洲、非洲和部分亚洲国家，第二区包括南、北美洲，第三区包括大部分亚洲国家和大洋洲。我国为第三区。使用无线电频率的无线电业务基本上分为两大类。即无线电通信业务和射电天文业务。无线电通信业务又可分为地面业务及空间业务、航空和水上安全业务等总共为37种业务。无线电频率划分表为各类无线电业务划分了频率或频段，例如我国把279~281MHz划分给移动业务，用于开放全国联网无线寻呼业务等。我国的频率划分表是1983年制定的，随着无线电事业的发展，这些年来频率的划分和使用都发生了相当大的变化，现正在积极组织修订。 把某一频段批准给一个国家或多个国家、地区或部门在规定条件下使用，称为“频率分配”。我国的频率分配是有国家无线电管理机构统一进行的，例如把87~108MHz频段分配给广播部门开发FM广播业务在全国各地统一规划和使用等。 国家或地方无线电管理机构根据设台审批权限批准某单位或个人的某一电台在规定的条件下操作使用某一无线电频率，称为“频率指配”。根据《中华人民共和国无线电管理条理》的规定，用户设置各类无线电台