認知無線電帶寬頻譜感知性能分析及優化

劉 鑫， 仲偉志

(南京航空航天大學航天學院，江蘇 南京210016)

認知無線電(cognitive radio，CR)通過允許次用戶(secondary user，SU)擇機使用主用戶(primary user，PU)未使用的空閑信道，大幅度提高現有頻譜資源的利用率［1］.SU 在進行數據傳輸時，需要通過頻譜感知檢測信道中是否存在PU，如果檢測到PU 存在，SU 必須停止傳輸，避免對PU產生干擾［2-4］.由于SU 無法預知PU 信號的先驗信息，因此通常采用能量檢測感知PU［5］.

目前，CR 大都采用時間頻譜感知模型，即SU在每個幀的起始階段感知PU，檢測到PU 空閑后，用剩下的幀時間傳輸數據.例如，Marinho 等提出了“先聽后傳”的CR 媒體訪問控制(media access control，MAC)層協議，通過在MAC 層傳輸前先檢測，可以降低SU 對PU 的干擾［6］;丁漢清等采用能量檢測感知PU，用SU 平均信道效率衡量CR 系統性能，分析了在SU 頻譜感知的不同階段，感知時長對CR 系統性能的影響［7］;Liang 等提出了感知吞吐量折中模型［8-9］，通過優化感知時間，最大化SU 的吞吐量;Choi 等指出時間頻譜感知不能夠準確檢測PU，主要因為SU 傳輸數據時不能夠進行頻譜感知［10］.

本文提出了帶寬頻譜感知模型，SU 在每個幀使用部分帶寬進行頻譜感知，其余帶寬傳輸數據.因此，SU 可以在整個幀周期內實時監測PU 的狀態，避免對PU 產生干擾.

1 能量檢測和PU 狀態模型

1.1 能量檢測

SU 最常用的頻譜感知方法是能量檢測，能量檢測執行迅速且不需要PU 信號的先驗信息.能量檢測通過將SU 接收到的信號能量與預先設定的門限作比較，實現對PU 存在與否的判斷. 如果能量值小于門限，表明信道中只有噪聲，不存在PU信號，否則SU 將判斷信……