无线区域网和认知无线电技术(3)

日期：2007年8月25日作者：查看:[大字体中字体小字体]

    对于认知无线电，接收机提供可靠的干扰温度的谱估计非常重要，可以使用多窗方法来估计干扰温度的功率谱，多窗谱估计联合奇异值分解为估计射频环境中噪声低限的功率谱提供了有效的方法。

    (2)频谱空穴感知

    频谱空穴是指被分配给某初始授权用户但在特定时间和具体位置该用户并没有使用的频带。首先，将频谱区域分成3种类型：

    黑色区域，常被高能量的局部干扰占用。

    灰色区域，有部分时间被低能量干扰占用。

    白色区域，只有环境噪声而没有射频干扰的占用。

    一般情况，白色区域和有限度的灰色区域可被等待服务的用户使用。在认知无线电系统中，频谱空穴检测的可靠方案对于系统的设计和实现是极其重要的。目前针对主用户的(有主用户意味着频谱空穴不存在)感知和检测主要采用两种方法：基于能量的感知和基于波形的感知。相比之下，基于波形的感知(比如循环平稳谱估计和特征检测等)性能要比单纯的能量感知好。但无论使用哪种方法，检测过程不得不在某个具体的地点进行，另外检测应足够灵敏。

    (3)基于自适应天线波束形成技术的干扰抑制

    为了优化射频激励信号的空间特性，可以采用自适应天线波束形成技术，对认知无线电接收端的干扰进行抑制。这样做是为了在认知无线电接收机中进行干扰抑制，通过以下两个阶段来完成：

    在认知无线电发射机上采用定向发射天线，避免信号向各个方向传播，还可以节省功率

    誗假定每个认知无线电发射机都有固定的发射方向，则由其他发射机产生的干扰最小化。

    在接收机上采用波束成形对来自已知发射机的干扰进行自适应的残余干扰对消。和其他未知发射机产生的干扰一样，可以设计使用一个具有鲁棒性的通用旁瓣对消器，来保护目标射频信号并沿着干扰方向置零、空信号。

    3.2.2信道状态估计及其容量预测

    为了解决信道状态估计问题，传统上采用如下两种方法：差分检测、导频传输。差分检测法提供了鲁棒性和实现的简单性，但是代价是接收机端帧差错率(FER)对信噪比(SNR)性能的显著下降；导频传输提高了接收机的性能，但是使用导频在发射功率和信道带宽方面是要付出代价的。基于上述两种方法的结合，可以使用半盲训练的方法达到性能和带宽资源的折衷，它既不同于全盲处理的差分检测法，也不同于指导处理的训练序列传输法。

    信道状态信息是随时间变化的，可由状态空间模型表述。动态噪声和度量噪声的特征决定了使用怎样的状态空间模型。

    高斯噪声环境下，使用高斯状态空间模型，可用传统的卡尔曼滤波器进行信道状态的跟踪；非高斯噪声环境下，使用非高斯状态空间模型，可用粒子滤波器进行跟踪。

    信道估计的结果可用来计算信道容量，用于控制发送端的信号能量，可使用香农定理对信道容量进行计算。另外在信道容量分析过程中，系统反馈时延的影响和高阶马尔可夫模型的使用也是两个值得考虑的问题，一定条件下会影响到通信系统的性能。

    3.2.3功率控制

    在传统的围绕基站建立的无线通信系统中，功率控制通过基站实现，因此可以提供必要的覆盖范围和比较理想的接收机性能。对于一个认知无线电系统，也可以采用这种功率控制技术。不过，还是有必要考虑它也可以工作在无中心方式，因而可以拓宽它的应用范围，这种情形下，应找到某些可选的方式来控制发射功率。多用户CR系统的功率控制问题可看作是一个对策论的问题，不考虑竞争现象，可看作合作对策，该问题就简化为一个最优控制理论问题。对策论方法研究的功率控制问题中每个用户最大化自己的效用，则功率控制问题被归结为一个非合作对策。博弈论和信息论中的注水法可以用来解决功率控制的问题，迭代的注水法有很多方法可以用来处理多用户的场景，两者可相互结合来提高性能。
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