认知无线电在通信中的应用

中国地质大学(武汉)毕业论文(设计)I原创性声明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。本人签名：日期：中国地质大学(武汉)毕业论文(设计)II摘要随着各种无线通信新技术和应用不断出现，频谱资源变得越来越紧张，使用认知无线电技术将实现频率资源的动态使用，有效解决目前严重的频谱资源紧张问题，提高无线电频谱的使用效率。认知无线电技术越来越受到全球广泛的关注，世界各国均开始研究应用认知无线电技术解决频谱使用紧张问题。本文简要分析了认知无线电技术的特点、发展趋势和对全球通信行业的影响。讨论了本文简要分析了认知无线电技术的特点、发展趋势和对全球通信行业的影响。认知无线电通信的一些关键技术。在此基础上探讨了认知无线电技术未来发展值得关注的热点问题。分析了认知无线电系统当中需要重点解决的关键技术，包括频谱感知，动态频谱管理以及信道估计等，并研究与探讨了关键技术的多种典型解决方案，对其性能进行分析与评价，最后对未来应用需要解决的关键问题与热点技术的结合进行了总结与展望。关键词:认知无线电频谱通信频谱感知中国地质大学(武汉)毕业论文(设计)IIIABSTRACTWithavarietyofwirelesscommunicationtechnologyandapplicationscontinuetoappear,spectrumresourcebecomesmoreandmoreintense,theuseofcognitiveradiotechnologywillachievethedynamicuseoffrequencyresources,effectivelyaddressthecurrentseverespectrumresource,improvetheefficiencyoftheuseoftheradiospectrum.Cognitiveradiotechnologyhasbeenmoreandmorewidespreadconcernaroundtheworld,allcountriesintheworldbegantostudytheapplicationofcognitiveradiotechnologytosolvetheproblemofspectrumusingtension.Thispaperanalyzesthecognitiveradiotechnologycharacteristics,developmenttrendandeffectontheglobalcommunicationsindustry.Discussedinthisarticlebrieflyanalyzesthecharacteristicsofcognitiveradiotechnology,developmenttrendandeffectontheglobalcommunicationsindustry.Somekeytechnologiesincognitiveradio.Onthebasisofthecognitiveradiotechnologydevelopmentinthefutureisworthattentionhottopic.Analysisofthecognitiveradiosystemneedtofocusonsolvingkeytechniques,includingthespectrumsensing,dynamicspectrummanagementandchannelestimation,andstudiesanddiscussesthekeytechnologyofseveraltypicalsolutions,ananalysisismadeontheperformanceandevaluation,finallythefutureapplicationofkeyproblemsneedtobesolvedandthehottechnologiesaresummarizedandprospect.Keywords:CognitiveradioFrequencyspectrumSignalcommunicationSpectrumsensing中国地质大学(武汉)毕业论文(设计)IV目录1绪论.....................................................................................................51.1认知无线电的研究背景................................................................................51.2认知无线电的研究意义...............................................................................51.3本文的研究内容...........................................................................................52无线电通信的模式..............................................................................62.1认知无线电通信技术的特点........................................................................62.2认知无线电通信技术的种类........................................................................72.4认知无线电通信的运行流程.....................................................................102.5认知无线电在通信领域上的应用..............................................................122.5.1认知无线电在宽带无线通信中的应用与研究....................................................122.5.2认知无线电在震后应急通信中的应用................................................................133认知无线电通信的关键技术............................................................143.1快速频谱感知技术.....................................................................................143.2动态频谱管理.............................................................................................153.3自适应频谱资源分配技术.........................................................................153.4信道估计......................................................................................................164认知无线电的未来发展趋势............................................................174.1国际无线电频谱资源的发展趋势..............................................................174.2认知无线电对全球通信行业的影响..........................................................174.3对未来认知无线电技术在通信应用中的展望..........................................175结束语...............................................................................................19致谢..................................................................................................20参考文献..............................................................................................21中国地质大学(武汉)毕业论文(设计)51绪论1.1认知无线电的研究背景认知无线电概念最早是由瑞典JosephMitola博士于1999年8月提出的[4],是对软件无线电(SDR)功能的进一步扩展。认知无线电可以感知周围电磁环境,通过无线电知识描述语言(RKRL)与通信网络进行智能交流,并实时调整传输参数(通信频率、发射功率、调制方式、编码体制等),使通信系统的无线电参数不仅与规则相适应,而且能与环境相匹配,以达到无论何时何地都能达到通信系统的高可靠性和频谱利用的高效性。也就是说,SDR关注的是采用软件方式实现无线电系统信号的处理;而CR强调的是无线系统能够感知操作环境的变化,并据此调整系统工作参数,实现最佳适配。从这个意义上讲,CR是更高层的概念,不仅包括信号处理,还包括根据相应的任务、策、则和目标进行推理和规划的高层活动。[1]随着无线多媒体的应用的增加，无线频谱成为越来越紧张的资源。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。1.2认知无线电的研究意义信息化社会发展到今天,人类社会已离不开通信,尤其是无线移动通信(如GSM、CDMA手机)普及程度在几年前是不可想像的,各种新的通信手段、信体制的出现为人们的生活、作带来了极大的便利。随着各种新标准、协议的不断发布,无线系统制造商和通信服务提供商不得不做出响应,通过系统升级,以保持其技术的先进性,不断为用户提供高质量的通信服务(1G→2G→3G→4G)。但是,如此反复的重新设计和硬件的不断更新换代,不仅成本高,浪费资源,而且给最终用户也带来诸多不子便。为解决频谱资源的有效利用问题,有人又提出了基于软件无线电的认知无线电概念。认知无线电(CR,cognitiveradio)是一种具有频谱感知能力的智能化软件无线电,它能自动感知周围的电磁环境,寻找“频谱空穴”,并通过通信协议和算法将通信双方的信号参数调整到最佳状态。由此可见,认知无线电不仅具有通信功能,而且还需具备频谱探测能中国地质大学(武汉)毕业论文(设计)6力,具有多功能特征,必须借助于软件无线电来实现。认知无线电已成为目前无线通信领域的一大研究热点。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