混沌键控通信系统毕业设计(编辑修改稿)

混沌键控通信系统毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

，因为有很多授权频谱没 有被 PU 使用而处在空闲状态上，这一情况使得 CR可以充分利用这些空闲频谱通过采取动态频谱介入技术，它能够减轻频谱的拥塞，提高在军事通信网络上的的信息容量。 此外，在军事领域上，因为频率的弹性捷变， CR可以将不同无线的标准进行融合，这大大提高了抗干扰的能力，并且能够保护己方通信的安全。 于此同时， CR 还能够感知机会接入的路径，在不同的频段内采用随机接入的形式进行通信，能够起到影响敌方监听，并保护己方通信的秘密，它能够提高军事通信的安全。 所以， CR 可以在军事上提供无缝且安全的、自适应、高效的无线通信的服务，这让它在军 事领域方面有着非常宽广的应用前景。 二、公共安全及应急通信领域 认知无线电的网路，具有加强公共安全，提高应急通信能力。 在一个国家或地区遭受到自然灾害或恐怖袭击的时候，且本地的通信基础设施也遭到了毁灭性的破坏，这时就急需建立个应急通信网络，用来帮助使搜救行动能顺利展开。 并且，紧急通信的系统需要的是非常宽的无线频谱以用来传送数量巨大的通信数据流，其中包括语音、视频及其它各种文字数据等等。 CR 则能够自动识别无线频谱的是否占用，当它发现空闲频谱时能够自动实现无线频谱的配置，这一能力就使得 CR 能够在其它通信设施遭到 损坏的时候还能够提供可靠有效的无线通信服务。 而且， CR通信设备能够提供包括语音、视频及各种文字等多种类型的无线通信业务。 并且， CR 可以为搜救人员提供多种频谱以供选择以及可靠、安全的宽带无线通信信道，它大大提高了系统的信息吞吐量，有效的降低了通信传输的延迟，给抢救伤员赢取了宝贵的时间。 而且，重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 9 认知无线电网络能够通过自我的调节，以达到完全适应不同的通信网络各技术要求指标和条件，它让与其它通信网络系统协同工作的能力得到简化了。 三、商业应用领域 认知无线电技术最具有发展的潜力、最为重要的应用领域是商业及无线技术领域。 因着无线通信技术的快速发展，其中特别是无线局域网 WLAN(Wireless Local Area Network)和无线城域网 WMAN(Wireless Metropolitan Area Network)一类的 无线通信技术和增值业务的飞速发展，让大家能够同时在享受到超宽带、快捷、高效的服务的时候，也给许多网络运营商们带来了丰厚的利润。 所有因素又反过来促进无线通信技术以更高、更快的速度去发展，但这也使得本来就贫乏的无线频谱变得更加拥挤，这就可能导致一些新的无线通信技术没有频谱使用或者需要和其它通信系统 来共享无线频谱这些情况。 在解决频谱共享及复用这些问题上， CR 具备非常强大的领先优势。 因着 CR 可以及时识别信道的是否占用，并且能够根据环境里的信道的使用情况来实现无线信道间动态的切换功能，这就能够继续给予认知用户稳定、可靠的无线通信服务。 所以，认知无线电可为迅速增长的各种数据通信业务提供额外的带宽及功能丰富的通信服务。 且信道的自适应及动态切换也能够帮助避免频谱冲突及在调换设备时的巨大开销。 所以， CR 一定会在目前各类无线通信网络系统中表现出无与伦比的应用潜力。 ⒈ 认知无线电在 WRAN 中的应用 工作组在 20xx 年成立，它又被称为无线区域网络（ WRAN）。 它能够作为宽带访问线路通过利用 CR 技术将分配给电视广播的 VHF/UHF 频带。 是种规定了点到多点（一般指单个基站到多认知用户）的无线空中接口 [15][16]。 的结构是采用了集中式网络控制的结构，它当中有一个功能相当于一般基站的控制中心，主要是负责收集频谱的感知信息，并分析频谱当前的使用状况，再处理认知用户的请求，当然认知用户需要向控制中心的数据库报告功率水平、调制方式、自己的位置等等信息， 最后会由控制中心给认知用户来分配空闲频谱。 当一般的电视用户想要使用频谱时，控制中心则会及时从数据库中挑出空频谱并告知其认知用户进行切换，以及数据库内容的更新。 基于 CR的 空中接口所具有的重要特性就是其灵活性和自适应性 [15]。 它对其物理层的要求是需要保持在低复杂性并且能够提供高性能：一般的基站可以根据自己接收到的通信信息，来动态地去调整编码和调制；并且为了不对电视广播业务造成影响，它还要求了发射功率的动态范围至少控制为 30dB。 跟其他的 IEEE 标准重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 10 相比， 空中接 口的关键问题是共存问题，例如侦听门限、响应时间等一些机制则还要做大量的研究。 ⒉ 认知无线电在 UWB 系统中的应用 与 CR 应用前景紧密相连的一项技术是超宽带（ UWB， Ultra Wideband）无线技术，它是当今众多媒体宽带无线通信中最具有前途的候选方案中一种。 最先将 CR 技术应用在 UWB 系统中就是提出认知超宽带无线电技术（ CUWB）时 [15]，他的提出是为了可以实现在多频带正交频分复用（ MBOFDM， MultiBand Orthogonal Frequency Division Multiplexing）和直序列超宽带（ DSUWB， DirectSequence UWB）这两种UWB 标准之间的互通。 CUWB 一般是联合认知无线电和超宽带技术的主要优点来结合以设计研究出一种智能的无线系统，这是是一种以频谱感知为基础的具备灵活波形和自适应辐射掩膜（或发射功率谱密度）的新型超宽带系统。 因为传统窄带系统与 UWB 系统间存在着无法避免的干扰，将 UWB 技术与 CR技术相结合用来解决干扰问题也已成为最近几年大家的研究热点。 UWB 无线技术具有的优点有抗干扰能力灵活、测距精准、高通信容量、抗多径衰落和能定位等等，可是解决 频谱资源短缺的最有效的方法还是 CR 技术则是通过智能频谱管理来运行。 如若将两者相结合，既能通过距离、功率和所要求的数据率来进行频谱优化，以解决 UWB 共存的问题；又能解决 CR 在实现上遇到的比如复杂射频、前端设计等难题， UWB 技术能提供帮助。 以 CR 思想的 UWB 为基础的无线技术的发展能很大的促进智能网络和设备的优化发展，它将真正形成以用户为中心的无线通信世界，这是具有重大的理论和实际意义的。 ⒊ 认知无线电在 WLAN 中的应用 目前无线局域网（ WLAN， Wireless Local Area Network）主流是 以 标准为基础的无线技术。 WLAN 大多设备工作在免授权的频段，这就导致随着无线局域网的普及发展，免授权频段的通信业务必将非常繁忙，此时工作频段将不能满足新的业务要求，我们采用 CR 技术就能够解决因 WLAN 频段拥挤而造成的可用频谱资源缺乏问题。 目前的无线局域网标准中， 系列标准正在被广泛的应用 [19]。 可是还存在着其他的设备在 5GHz频段中，比如雷达。 这就是说这是非常困难的要保证无线局域网的工作频段不受这类设备 的干扰。 所以 工作组就制定了 标准。 以 CR的方面来看， 无线局域网标准就可以当成是 CR 技术在无线局域网上的初步应用。 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 11 第六节 全文的主要研究内容 本文先是介绍了认知无线电的概念和以及三个关键技术，且对无线电频谱感知几个技术进行了分别讨论。 本文主要是从单节点和合作式的方面来认知无线电技术的频谱感知，提出了在目前领域内的几种频谱检测方法和算法。 并针对认知无线电的频谱感知单节点感知进行了较为详细的分析，在分别介绍了频谱感知中具有重要作用的匹配滤波器 感知和能量感知的原理以及合作式频谱感知技术的关键技术和算法。 文中建立认知无线电合作频谱感知的系统模型和信号模型，明确合作频谱感知的目标和性能评估方法；是根据接收信号协方差矩阵的特征值和特征向量，设计相应的全局变量融合生成算法，将两种检验假设下的全局检测变量尽可能地进行最大化分离；最后进行计算机仿真，完成一套完整的合作频谱感知链路的仿真代码。 主要研究工作有： ① 第 1 章主要介绍了认知无线电的背景和意义，认知无线电技术在国内外的发展现状。 并讨论了认知无线电的基本技术和无线电技术 在多方面的发展与应用； ② 第 2 章介绍了当前领域内的频谱感知方法，并对主要的几种方法进行了研究和分析。 总结了对基于发射机感知的三种频谱感知方法：匹配滤波器感知法、能量感知法和合作式感知法作了详细的讨论。 ③ 第 3 章主要是构建认知无线电合作频谱感知模型，提出基于最大特征值的合作频谱感知的研究方案； ④ 第 4 章主要是在计算机上完成算法性能的仿真，并且在虚警概率一定的情况下，比较合作感知方案的性能并做出性能评价； ⑤ 第 5 章总结全文，且展望了频谱感知技术的进一步。 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 12 第二章 认 知无线电中频谱感知技术 根据前面分析可知，频谱感知技术在认知无线电技术中扮演着十分重要的角色，是实现动态频谱接入、频谱共享、频谱分配以及频谱管理等其它认知无线电技术功能的前提和先决条件。 只有通过频谱感知， CR 才可以感知到周围无线电磁环境参数的变化情况，实时地获取无线频谱占用的信息数据， CR 根据这些信息，将通信信道切换到最适合的空闲频谱上去，并实时地、自适应地调整相应的技术参数以适应新信道电磁特性的要求，在不影响授权用户正常通信的情况下，保证认知用户的通信质量。 理论上，频谱检测最有效的方法就是在认知用户的 通信范围内，检测我们所关心的频谱上是否有主用户接收机存在。 如果存在主用户接收机，则表示该段频谱正在被主用户占用，为了避免对主用户的干扰，此时，认知用户必须立即退出该段频谱；反之，则表示该段频谱未被主用户占用，认知用户可以接入该段频谱进行通信。 之所以说这种基于主用户接收机检测的频谱感知方法是最有效的，这是因为主用户发射机信号在一些应用场合往往总是存在的（比如广播电视信号），而只有当主用户接收机同时也存在的情况下，才能真正确定该段频谱被主用占用，而那种检测到某段频谱内存在主用户发射机信号就认为该段频谱被主用户占 用的频谱感知方法是不准确的。 因此，即使在主用户发射机信号存在的情况下，只要某段频谱内不存在主用户接收机信号，都可确定该段频谱未被主用户占用，即存在空闲频谱。 此时，认知用户可以使用该段频谱。 然而，在实际情况下， CR 是很难检测到我们所关心的频谱内是否存在主用户正在接收主用户发射机信号的。 因此，目前所采用的频谱感知方法几乎都是基于主用户发射机信号检测法。 第一节 主用户发射机信号检测的频谱感知 根据认知用户所掌握的主用户先验知识、检测复杂度以及精度等要求的不同，传统的基于单个主用户发射机信号检测的频谱 感知方法可分为以下几种： ① 能量检测 (Energy Detection, ED) ② 波形检测 (Waveform Detection,WD)或相关检测 (Coherent Detection,CD) ③ 循环平稳特征检测 (Cyclostationarity Feature Detection, CFD) ④ 匹配滤波检测 (MatchedFiltering Detection, MFD) 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 13 一、能量检测 能量 检测是使用最为普遍的一种频谱感知方法。 特别是在无法获得足够有关 PU发射机信号先验信息的情况下， ED 方法是最优的，而且实现简单。 假设 SU 接收 PU发射机信号的模型如  01 :y ( k) n( k) ,:y ( k) s( k) n( k) ,   (11) 其中 , ()yk 表示在 k 时刻 SU 接收到的信号。 ()nk 指加性高斯白噪声 ,其方差为2 ； ()sk 为经过信道后接收到的 PU 发射机信号 ,PU 发射机信号与噪声不相关。 0H 假设 SU 接收到的信号中只有噪声；而 1H 则假设 SU 接收到的信号中存在 PU 发射机信号。 采用 ED 法进行频谱检测时，其检验统计量为如下平均能量表达式 211 ()NkY y kN   (12) 此时，将检验统计量 Y 与预先设定的判决门限  进行比较，就可判决出该段频谱内是否存在 PU 发射机信号，即该频谱是否被 PU 占用。 ED 检测器的性能可由虚警概率 fP (Probability of false alarm)以及检测概率 dP (Probability of detection)来衡量。 虚警概率 fP 表示假设 0H 成立而判决成 1H 的概率，检测概率 dP 则表示正确判决的概率。 fP 与 dP 的判决表达式表示如下：       01, / 2()2,fdmmP P Y HmP P Y H Q   (13) 其中 , 表示信噪比 SNR,m TW 表示时间带宽积 , () 、 (,) 分别表示完全和非完全伽玛函数。 由以上分析可知，检测概率过低将会增加对 PU 通信造成干扰的概率；而虚警概率过高，则会大大降低频谱的利用率。 因此，一种好的频谱检测器应该是检。