文 献 综 述

1.1研究背景及国内外研究现状

#160;长期以来，为了保证各种无线通信应用和服务的质量，频谱的分配采用静态分配策略。随着无线通信的飞速发展，频谱资源作为一种有限的资源，变得非常稀缺。正交频分复用 （Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）、多输入多输出（Multiple Input Multiple Output, MIMO）等技术可以用来提高频谱利用效率，但这些方法受香农信道容量理论极限值的限制，对提高频谱利用效率的作用十分有限。另一方面，美国联邦通信委员会（Federal Communications Commission, FCC）和美国加州大学通过对伯克利市区进行了实地频谱测量，研究表明大多数授权的无线频谱在时间或空 间上却被闲置，平均利用率仅为 15%~85%。图 1 显示某市区午间 0-6GHz 频谱的使用情 况，频谱使用大多集中在 0-3GHz 频段，而 3-6GHz 频段的利用率极低，即使是 3GHz 以下的密集频段，在城市区域大部分时间内也处于空闲状态。这表明频谱资源静态分配方式造成了频谱的巨大浪费，是导致频谱资源缺乏的主要因素。为了保证无线通信工业的持续发展， 人们亟需研究全新的频谱资源分配策略以提高频谱利用率。

认知无线电CR（Cognitive Radio）[6-8]作为一项关键技术被认为是解决上述无线资源贫乏， 实现动态频谱接入以提高频谱利用率的有效方案，IEEE标准化组织和学术界将其称为未来无线通信的”下一件大事情”。

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认知无线电技术是一种智能的、具有自我认知能力的通信技术，通过感知空中各个频率段范围的信号能量来判断频谱的使用情况，分析并利用频谱的空闲忙碌规律为非授权用户的临时通信提供服务和支持。频谱感知能量检测技术是公认的认知无线电的关键技术它可以感知并探测到整个频域范围内的带宽使用情况，分析当地各个频率段的通信环境和使用规律，为认知无线电的智能决策提供强有力的支持。频谱感知技术需要复杂的硬件系统和软件系统提供支持，需要高带宽、低噪声、高吞吐率的射频前端，高性能、强处理能力的硬件平台以及支持灵活配置、适用各种场景需求的软件无线电架构。

认知无线电的研究领域主要包括：频谱感知、频谱管理、频谱共享、功率控制等。其中频谱感知是认知无线电的首要环节，是后续研究的前提。

频谱感知技术是指次用户通过信道检测和信号处理等方法得到频谱使用信息的一种技术。根据认知无线电的定义，主用户没有义务改变结构来与认知无线电系统进行频谱共享，只能通过次用户利用各种检测技术在频带内搜集相关信息，寻找频谱空穴(SpectrumHole,SH)[11]。频谱空穴，又称频谱机会，通常指那些已被授权给主用户使用，但在某个特定的时间或空间范围内并没有被主用户使用的频带。如果被次用户使用的频段随后被主用户恢复占用，那么次用户就需要主动退出该频带，并转移到另外一个频谱空穴，进而实现动态频谱接入(DynamicSpectrumAccess,DSA)。

目前大多数的研究都是基于高斯噪声的假设，而且理论也较为成熟，比如能量检测方法、匹配滤波器检测方法、循环平稳特征检测方法和似然比检验方法等。但在实际认知无线电系统中，认知用户所接受的信号往往受到了非高斯噪声的影响，这些噪声包括：人为脉冲噪声、认知用户间的互干扰、谱泄露以及超带宽系统的干扰等等，此类噪声往往具有很强的脉冲性，拖尾比高斯分布更厚重，高阶矩不一定存在，因此在非高斯噪声下使用经典的信号检测方法难以达到理想的频谱感知效果。