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CR matlab仿真代码.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.45M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    第一章 绪论
    1.1认知无线电的研究背景及意义
    1.2认知无线电技术的国内外发展现状
    1.2.1国际上和我国认知无线电技术的研究情况
    1.3全文的主要结构和研究内容
    第二章 认知无线电技术
    2.1频谱感知技术
    2.2频谱分配技术
    2.3功率控制技术
    2.4认知无线电技术的应用
    2.4.1认知无线电在WRAN中的应用
    2.4.2认知无线电在UWB系统中的应用
    2.4.3认知无线电在WLAN中的应用
    2.5本章小结
    第三章 认知无线电频谱感知技术
    3.1频谱感知技术系统模型
    3.2单节点频谱感知技术
    3.2.1匹配滤波器感知
    3.2.2能量感知
    3.2.3循环平稳感知
    3.2.4单节点频谱感知的局限性
    3.3合作式频谱感知技术
    3.3.1合作式频谱感知的概念
    3.4合作式频谱感知的关键技术
    3.4.1“与”准则
    3.4.2“或”准则
    3.4.3“K秩”法
    3.5基于干扰温度的感知技术
    3.6本章小结
    第四章 实验仿真
    4.1实验仿真环境
    4.2能量检测仿真与结果
    4.3匹配滤波器检测仿真与结果
    4.4合作式检测仿真与结果
    4.5本章小结
    第五章 结束语
    5.1论文总结
    5.2未来研究展望
    参考文献
    附录
    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： 20 分太坑爹了。老子放个免费的 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；
    ABSTRACT The development of the wireless business results in increasing needs of the frequency. Wireless communication is facing a challenge. Radio resource is distributed by the government, which generally rises inequality and waste of Radio resource. So，there is a contradiction between the waste and the shortage of Radio resource. The cognitive radio, a technology of intelligent spectrum sharing, effectively bridges the contradiction. Based on the perception of time domain, frequency domain and airspace ， automatic discovery and reasonably use of free spectrum among distributed spectrum，the cognitive radio improves the utilization ratio in the existing frequency. Spectrum sensing is one of the sky technologies in the cognitive radio. Based on the introduction of Cognitive Radio(CR) and the discussion of applications of CR in WRAN, UWB and WLAN, the key technologies of achieving CR were researched in theory and the factors controlling cognitive network and the interferences raised by cognitive network in normal working of authorized user were analyzed. The related method and technology of signal detection was theoretically derived in the severe environment of weak signal and low signal to noise ratio that is must facing to achieve CR. With the algorithm analysis of digital filter, the selection principle of windows function was proposed. Three spectrum detection methods namely matching filter detection way, energy detection way and cycle property detection way, were investigation in great detail. For testing and verifying the correction of above results, the detailed modeling and simulation of energy detection and cycle property detection were completed with Matlab and the performances of that two detections were also compared. The results show that the energy detection way , in the low SNR , is low and the property of that is very poorer than the cycle property detection. And this paper suggested that improvement of algorithm of window function can promote the performance of cycle detection algorithm. Secondly, detailed analysis of the cognitive radio is also and the key technology research status. Elaborated on spectrum the sensing techniques and concepts Research, then points out the research work in the spectrum sensing some of the main issues of concern, around these issues in depth study also. Key Words：Cognitive Radio；Spectrum Sensing；Matched filter Sensing；Energy Sensing；Cooperative Sensing；
    目 录 第一章 绪论 .............................................. 1 1.1 认知无线电的研究背景及意义..........................................................................................1 1.2 认知无线电技术的国内外发展现状..................................................................................1 1.2.1 国际上和我国认知无线电技术的研究情况 ...........................................................1 1.3 全文的主要结构和研究内容 ..............................................................................................6 第二章 认知无线电技术 .................................... 8 2.1 频谱感知技术..................................................................................................................... 8 2.2 频谱分配技术..................................................................................................................... 9 2.3 功率控制技术................................................................................................................... 10 2.4 认知无线电技术的应用................................................................................................... 11 2.4.1 认知无线电在 WRAN 中的应用 .............................................................................11 2.4.2 认知无线电在 UWB 系统中的应用 .......................................................................11 2.4.3 认知无线电在 WLAN 中的应用 .............................................................................12 2.5 本章小结........................................................................................................................... 12 第三章 认知无线电频谱感知技术 ........................... 14 3.1 频谱感知技术系统模型................................................................................................... 17 3.2 单节点频谱感知技术....................................................................................................... 18 3.2.1 匹配滤波器感知................................................................................................... 18 3.2.2 能量感知 ............................................................................................................... 20 3.2.3 循环平稳感知 ....................................................................................................... 23 3.2.4 单节点频谱感知的局限性...................................................................................26 3.3 合作式频谱感知技术....................................................................................................... 28 3.3.1 合作式频谱感知的概念 .......................................................................................28 3.4 合作式频谱感知的关键技术...........................................................................................30 3.4.1“与”准则 ............................................................................................................ 30 3.4.2“或”准则 ............................................................................................................ 31 3.4.3“K 秩”法 ............................................................................................................. 32 3.5 基于干扰温度的感知技术...............................................................................................33 3.6 本章小结........................................................................................................................... 35 第四章 实验仿真 ......................................... 37 4.1 实验仿真环境................................................................................................................... 37 4.2 能量检测仿真与结果....................................................................................................... 37 4.3 匹配滤波器检测仿真与结果...........................................................................................38 4.4 合作式检测仿真与结果................................................................................................... 39 4.5 本章小结........................................................................................................................... 41 第五章 结束语 ........................................... 43 5.1 论文总结........................................................................................................................... 43
    5.2 未来研究展望................................................................................................................... 44 致 谢 .................................. 错误！未定义书签。 参考文献 ................................................ 46 附录 .................................................... 48
    第一章 绪论 1.1 认知无线电的研究背景及意义 随着信息时代的到来，无线频谱已成为现代社会不可或缺的宝贵资源。它 目前主要由国家统一分配授权使用，一个频段一般只能供一个无线通信系统独 立使用，这种静态的无线频谱管理方式，简单而有效的避免了不同无线通信系 统间的相互干扰。但是在这些已分配的授权频段与非授权频段中存在着频谱资 源利用的不平衡性：一方面，授权频段占用了整个频谱资源的很大一部分，但 其中不少频段处于空闲状态；另一方面，开放使用的非授权频段占整个频谱资 源的很少一部分，但在该频段上的用户很多，业务量也很大，无线电频段已基 本趋于饱和。于是在无线和移动通信迅速发展的今天，频谱资源贫乏的问题也 显得日益严重。因此，寻求一种更有效的频谱管理方式，充分利用各地区、各 时间段的空闲频段，缓解不断增长的频谱的需求矛盾，成为人们关注的问题。 为了解决上述问题，基本思路就是尽量提高现有已分配频谱的利用率。于 是，认知无线电的概念应运而生。其基本思想是：具有认知功能的无线通信设 备可以按照某种“伺机（Opportunistic Way）”的方式接入授权的频段内，并 动态地利用频谱。这种在空域、时域和频域中出现的未被利用的频谱资源被称 为“频谱空穴”。认知无线电的核心思想就是使无线通信设备具有发现“频谱空 穴”并合理利用这些频谱空穴的能力。 认知无线电（CR，Cognitive Radio）技术的兴起和发展为解决无线频谱资 源紧缺的问题提供了全新的途径。它通过允许认知用户自适应地感知授权频段 在时间和空间上的频谱空穴，机会式地利用空穴进行信号传输，达到提高频谱 的利用率的目的。CR 还使得无线通信系统可不经授权地使用传输特性更好、带 宽更宽的频段，有利于平衡通信的成本和性能；同时，宽带无线通信系统通常 所具有大动态范围的业务流量特性，正适合于在较宽的动态可用频段内进行机 会式传输。因此，引入认知机制不仅是提高未来无线通信系统频谱利用问题的 有效途径，也是技术和应用上的迫切需求。 1.2 认知无线电技术的国内外发展现状 1.2.1 国际上和我国认知无线电技术的研究情况 在认知无线电的发展过程中，对于认知无线电的定义和其功能的认识存在 1
    不同的观点。其中具有代表性的是 Mitola、 SimonHaykin 及美国联邦通信委员 会 FCC 的观点，多种观点各有偏重，相互补充。 根据国内外的研究情况，一般来说，认知无线电频谱感知技术可以分为基 于发射机的检测、合作(协作)检测、基于干扰的检测和基于接收机的检测这几 大类。当然，在实际的感知算法中，为了提高检测性能，各种方法会有所融合。 从 2000 年 Joseph MiOtla 提出了认知无线电(CR,Cogntive Radio)的概念， 短短 6 年，认知无线电技术受到了许多工业组织，大学，研究中心，企业的支 持和推进，他们认为 CR 技术是继软件定义无线电(SDR)技术后的另一个大事件。 许多著名研究机构和大学的研究中心都开始了对认知无线电理论、实现方式和 实际应用的研究;各标准化组织和行业联盟也纷纷开展相关的研究，并且开始着 手制定认知无线电的标准和协议。 著名通信理论专家 Simon Hakin 在 2005 年 2 月 JSACinCommunications 上 发表了关于认知无线电的综述性文章“Cognitive Radio:Brain-Empowered Wireless Communications”，开始了国际性的认知无线电技术研究。随后 Berkeley、Virginia、Stevens 等大学研究所和软件无线电论坛等研究组织纷 纷展开研究，Rutgers 大学 Winlab 实验室还进行了认知无线电平台的开发。目 前，国外大学和一些科研机构也开始投入认知无线电技术的研究当中。其中具 有代表性的是： (a)由美国国防高级研究计划署(DARPA)资助的下一代无线通信(XG)项目， 主要研究系统方法和关键技术，以实现基于认知无线电技术的动态频谱应用； (b)维吉尼亚无线通信技术中心主要关注基于遗传算法的认知模型的研究 及认知无线电节点引擎实验床的研发； (c)英国的移动电信技术虚拟中心开始转向认知无线电的研究中，其多模终 端研究小组与布里斯托尔大学通信系统研究中心开始联手进行自适应射频技术 的研究； (d)欧洲通信协会资助的 DRiVE、OverDRiVE 和 TRUST 项目主要关注在混合 的多无线电网络中频谱的动态分配和流最控制，该协会同时资助的端到端重配 置网络研究(E2R)项目主要研究如何通过端到端重配置网络和软件无线电技术 将未来不同类型的无线网络融合起来，对基于认知无线电应用的市场模型、认 知无线电网络的定价策略和计费策略也进行了初步研究； (e)此外，美国加州大学伯克利分校、荷兰的代尔夫特大学、德国柏林技术 学院等也有关于认知无线电方面的研究。 认知无线电技术的实现需要频谱管理政策的支持。近几年一些频谱政策管 制部门，如美国联邦通信委员会(FCC)、英国通信办公室(Ofcom)对该技术给予 了积极的支持。2002 年 12 月，FCC 指出非授权设备应具备能够识别未占用频段 2
    的能力；2003 年 11 月，FCC 提出新的量化和管理干扰的指标值—干扰温度的概 念。以扩展在移动和卫星频段的非授权操作；同年 12 月 FCC 成立了认知无线电 工作组，明确表示支持认知无线电技术并修正了美国的《电波法》；2004 年 5 月 FCC 建议非授权无线电可在 TV 广播频段内操作。与此同时 Ofcom 也将认知无 线电引入其近期的频谱框架概述报告书中。 近两年国际上召开了两个重要的有关认知无线电技术和动态信道分配的会 议：2004 年 10 月份在 Washington 召开的“Cognitive Radios Conference”， 和 2005 年 11 月份召开的动态频谱接入(DySPAN)会议。前者的主要议题为：对 于认知无线电的频谱政策—军事和商业要求，从软件定义的无线电发展到认知 无线电，用于研发自适应频谱管理的工具和技术：智能天线、传感器和接收机， 自适应调制和波形技术等；动态频谱接入(DySPAN)会议的主要议题是基于认知 无线电的动态频谱分配和接入技术，会议发表了 80 多篇文章。 美国国防高级研究计划局(DARPA)己经率先进行了如何更有效地利用频谱 资源的问题的研究。XG 计划正在开发允许多用户共享使用频率的技术。 XG 计划的研究目标是: （1）开发实现灵活频谱分配的技术:检测并描述 RF 环境:辨认未使用频谱 (“机会”)；分配并开发“机会”。 （2）开发基于软件的实现灵活政策的政策机制:定义抽象的行为，例如: “信道可以在 t 秒内腾出来”；所有的行为都必须是可描述的，设备的每一个 操作模式都是对应着一条特定的策略；于软件，即策略约束可以通过下载软件 来实现。 经过第一阶段和第二阶段的研究，XG 计划取得了以下成果:收集并分析了 多种情况下的 RF 环境;开发了体积小、高性能的传感器；开发了策略语言和无 线电接口定义；设计了三种可行性方案以实现干扰避免、网络操作和集合。 目前进行的第三阶段的研究有:在原有电台上运用 XG 技术，集成无线电台、 自适应算法、传感器部件、策略控制和无线电软件；继续开发关键的策略控制 技术；进行更多的现场演示。 2E R 是欧洲委员会第六框架项目的一个综合性项目，是“3G 以后无线移动 系统和平台”的战略目标的核心项目。 2E R 系统可为多种空中接口、协议和应用提供通用的平台和相关的工作环 境，通过基于认知算法的可升级和可重配置的架构来优化资源利用；同时可重 配置性可以灵活地修改相关设备的软件设置，提高网络和设备的性能。 2E R 系统要求实现 12 个系统功能:服务级协议，安全，干扰，下载，设备 重配置，重配置管理，服务适应，垂直移交，服务供应，系统监测，动态资源 3
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