認(rèn)知無線電通信系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)

摘 要 伴隨著信息時(shí)代的來臨，越來越多的無線電技術(shù)逐漸被廣泛的應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域。認(rèn)知無線技術(shù)可以對(duì)已經(jīng)授權(quán)或者固定分配的其他閑置頻段進(jìn)行重復(fù)利用，可有效的提升頻譜資源的利用效率。我國(guó)以后很長(zhǎng)一段時(shí)間里，將重點(diǎn)研究如何提升單位時(shí)間的頻率傳輸速度，為以后頻率共享技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供幫助。本文主要針對(duì)認(rèn)知無線電通信系統(tǒng)和技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的研究與實(shí)踐，論證了此系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可能。

關(guān)鍵詞 認(rèn)知無線電 通信系統(tǒng) 相關(guān)技術(shù) 研究

中圖分類號(hào)：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著無線電局域網(wǎng)技術(shù)、城域網(wǎng)、無線個(gè)人局域網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，造成了當(dāng)前無線普頻非常擁堵。尤其是在3GHz一下的頻段傳輸，其頻率的選擇性很小、傳輸?shù)膿p耗也非常小，使得無線電通信技術(shù)方面與營(yíng)運(yùn)逐步轉(zhuǎn)向了無線頻普資源上的爭(zhēng)奪。認(rèn)知無線電提出可以有效的解決頻譜資源的缺乏，為其開辟了一條非常有效的途徑，也為未來無線通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了方向。由于認(rèn)知無線電具有高效、靈活、實(shí)時(shí)感知以及可靠的利用普頻資源等特點(diǎn)，使得目前的智能化下空洞頻譜不會(huì)再受到授權(quán)用戶的制約。文中主要針對(duì)認(rèn)知無線電的一些常見的關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行論述，并且實(shí)現(xiàn)了部分技術(shù)研究的實(shí)現(xiàn)。

1認(rèn)知無線電技術(shù)介紹

1.1 CR技術(shù)

所謂CR技術(shù)其主要是進(jìn)行頻譜的共享，并最終實(shí)現(xiàn)不會(huì)受到授權(quán)用戶干擾，根據(jù)感知功能以及重置來提升通信的質(zhì)量、可用頻段的可靠性。因此根據(jù)CR原理來看，CR技術(shù)可以分三個(gè)主要技術(shù)層面：頻譜共享層面、頻譜感知層面、頻譜管理層面。

（1）頻譜感知層面介紹

所謂的頻譜感知主要是認(rèn)知工作的第一步，主要開展頻譜檢測(cè)。它屬于認(rèn)知無線電系統(tǒng)應(yīng)用的先決條件，并對(duì)無線電系統(tǒng)的整體性能有著很大的影響。認(rèn)知無線電技術(shù)主要是通過頻譜感知獲得了周圍無線環(huán)境用戶的頻譜質(zhì)量以及頻譜空洞等信息。然后再調(diào)整其傳輸頻率、傳輸功率和調(diào)制模式，以此來達(dá)到頻譜利用效率的最大化。

（2）頻譜共享層面介紹

頻譜共享主要是采用多個(gè)無線通信系統(tǒng)在不互相干擾的情況下完成一個(gè)頻段的通信，在空間、時(shí)間上對(duì)頻帶進(jìn)行調(diào)度，進(jìn)而使得頻譜的效率最大化。認(rèn)知無線電系統(tǒng)存在的前提是認(rèn)知用戶不能夠?qū)κ跈?quán)的用戶和其他用戶進(jìn)行正常的通信干擾。目前的OFDM技術(shù)以其出色抗多徑衰落、傳輸速率、子載波配置方式受到很大的關(guān)注。

（3）頻譜管理

頻譜管理涉及的認(rèn)知環(huán)節(jié)很廣，其主要包含了頻譜決策、頻譜感知、頻譜遷移以及頻譜共享。其中頻譜決策主要是通過頻譜感知、頻譜特征等基礎(chǔ)上進(jìn)行分析，不斷通過自適應(yīng)調(diào)整傳輸參數(shù)以此來為用戶提供最佳的信號(hào)頻段。

1.2基于NC-OFDM認(rèn)知無線電系統(tǒng)

NC-OFDM的動(dòng)態(tài)頻譜以NC-OFDM作為物理層，并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜共享系統(tǒng)。OFDM是一種多載波的調(diào)制技術(shù)，而且也是一種頻分復(fù)用技術(shù)，NC-OFDM是OFDM的擴(kuò)展。針對(duì)OFDM進(jìn)行調(diào)制，可以通過IFFT來實(shí)現(xiàn)，其具有靈活的子載波配置，并且根據(jù)實(shí)際情況關(guān)閉授權(quán)頻段的子載波。因此NC-OFDM技術(shù)適合認(rèn)知無線電物理層技術(shù)的頻譜共享，該系統(tǒng)具有兩大優(yōu)點(diǎn)，首先則是子載波的非連續(xù)性為頻譜使用提供了很高的靈活性，且通過OFDM子載波的正交性可實(shí)現(xiàn)信道充分利用。

2認(rèn)知無線電技術(shù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 FFT的基本原理介紹

DFT是一種非常重要的數(shù)字信號(hào)處理手段，其中OFDM在進(jìn)行調(diào)制的過程中主要采用DFT來實(shí)現(xiàn)。隨著DFT運(yùn)算的日益簡(jiǎn)單，目前在科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域?qū)τ贔FT的使用將大幅度的推動(dòng)近年來的信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)展。設(shè)：長(zhǎng)度為N的有限序列x（n）的DFT，則可以得出：

X（k）=DFT[x（n）]= 其中k=0，1，2，…，N-1

經(jīng)DFT轉(zhuǎn)化之后可得出（IDFT）：

x（n）=IDFT[x（k）]= 其中n=0，1，2，3，…，N-1。

FFT在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，要將DFT的序列不斷進(jìn)行分?jǐn)啵譃閹讉€(gè)小序列的組合，并且利用WnkN的對(duì)稱性和周期性，以此來減少對(duì)DFT的運(yùn)算次數(shù)。

2.2認(rèn)知無線電技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

經(jīng)過對(duì)FFT的算法以及結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，針對(duì)FPGA的資源進(jìn)行分析之后，采用遞歸結(jié)構(gòu)方法可以實(shí)現(xiàn)認(rèn)知無線電技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)建，從結(jié)構(gòu)中可以看出蝶形單元為運(yùn)算單元，每個(gè)蝶形運(yùn)算單元根據(jù)遞歸方式進(jìn)行計(jì)算，使得蝶形單元會(huì)一直處于忙碌狀態(tài)。控制單元為其他模塊產(chǎn)生控制信號(hào)，可以確保系統(tǒng)正確的工作。其中雙RAM用于同址運(yùn)算口，可以有效地節(jié)約空儲(chǔ)存的空間。

3結(jié)束語

隨著對(duì)無線電技術(shù)的研究不斷深入，不斷開辟新的無線技術(shù)檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)頻譜傳輸速度的提升，為實(shí)現(xiàn)頻譜共享創(chuàng)造了條件。本文主要針對(duì)認(rèn)知無線電通信系統(tǒng)進(jìn)行研究，從認(rèn)知技術(shù)通信進(jìn)行技術(shù)介紹、然后對(duì)認(rèn)知無線電設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)研究，最后在實(shí)現(xiàn)階段完成了在計(jì)算上實(shí)現(xiàn)對(duì)FFT與DFT之間的換算，希望通過本次研究為認(rèn)知無線電系統(tǒng)通信相關(guān)研究者提供建議。

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