參考資料來自：https://x.cnki.net/read/article/pdfonline?filename=1019692099.nh&tablename=CMFDTOTAL&dbcode=CMFD&topic=&fileSourceType=1&taskId=&from=&groupid=&appId=CRSP_BASIC_PSMC&act=&ts=1584181528728

FCC美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)對(duì)認(rèn)知無線電定義：感知其工作環(huán)境，能夠動(dòng)態(tài)、自主地調(diào)整其參數(shù)，以適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行。
無線電網(wǎng)絡(luò)是開放式的頻譜共享的，包括
授權(quán)用戶，即主用戶 Primary User,PU,具有頻譜接入的優(yōu)先權(quán)；
認(rèn)知用戶，即次用戶 Second User，SU，可在不對(duì)PU造成干擾的時(shí)候接入頻譜。

認(rèn)知無線電技術(shù)網(wǎng)絡(luò) cognitive radio network，CRN 的目的：
1.可以實(shí)現(xiàn)任何時(shí)間、任何地點(diǎn)的可靠通信
2.實(shí)現(xiàn)頻譜資源的有效利用
特征：
具有認(rèn)知能力，重構(gòu)能力
認(rèn)知無線電的認(rèn)知行為
1.外部環(huán)境感知：干擾溫度估計(jì)、頻譜空洞檢測(cè)
2.發(fā)射功率控制和動(dòng)態(tài)頻譜管理
3.信道估計(jì)與建模：信道狀態(tài)信息估計(jì)、信道容量預(yù)測(cè)

認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：
目的:通過頻譜感知、頻譜決策、頻譜共享、頻譜移動(dòng)為次用戶提供頻譜資源，提高頻譜利用率。
組成:
1.主用戶：在一定頻段內(nèi)具有操作的權(quán)限。主用戶的訪問只能由基站控制，不受到任何其他未經(jīng)授權(quán)使用的操作的影響。
2.主用戶基站：具有頻譜授權(quán)的固定設(shè)置網(wǎng)絡(luò)組件。
3.認(rèn)知用戶：沒有頻譜許可證，只能通過機(jī)會(huì)主義的方式獲取頻譜資源。認(rèn)知無線電用戶的功能：頻譜感知、頻譜決策、頻譜切換、認(rèn)知無線電MAC/路由/傳輸協(xié)議。可以與基站通信，也可與其他次用戶通信。
4.認(rèn)知用戶基站：具有認(rèn)知無線電的固定基礎(chǔ)設(shè)施組件。為次用戶提供單跳連接。
優(yōu)點(diǎn)：
1.提高頻譜利用率，滿足各種設(shè)備對(duì)頻譜的需求。
2.提供更高的寬帶服務(wù)。
3.提高服務(wù)質(zhì)量：延遲、傳輸速率、成本
5.無線服務(wù)的使用性、可用性和可靠性將從用戶的角度得到改善。

認(rèn)知無線電相關(guān)技術(shù)

1.頻譜感知技術(shù)
功能:次用戶檢測(cè)信道中主用戶的活動(dòng)。避免干擾的同時(shí)，具有較高的檢測(cè)精準(zhǔn)度和頻譜利用率。

分為：
單點(diǎn)頻譜感知技術(shù)：單個(gè)用戶可以獨(dú)立執(zhí)行頻譜感知技術(shù)，包括主用戶接受的檢測(cè)、主用戶發(fā)射端的檢測(cè)
協(xié)作頻譜感知技術(shù)：多個(gè)次用戶感知同一信道，然后將感知到的信息發(fā)送給融合決策中心，決策中心判斷是否存在空閑頻譜。
由于單點(diǎn)頻譜感知還受距離、信道衰落、陰影效應(yīng)、頻譜感知時(shí)間有限的影響，那么可以通過多個(gè)次用戶協(xié)作進(jìn)行感知。分為集中式感知、分布式感知、中繼輔助協(xié)同感知。

單點(diǎn)頻譜感知分析
單跳協(xié)同感知：

1.集中式協(xié)作感知：多個(gè)認(rèn)知用戶、一個(gè)融合中心 Fusion Center，FC

2.分布式協(xié)作感知：多個(gè)認(rèn)知用戶，相鄰的認(rèn)知用戶彼此共享感知信息，然后認(rèn)知用戶自己做出決策。

多跳協(xié)同感知：
3.中繼輔助協(xié)同協(xié)作：感知結(jié)果通過多跳才能到達(dá)目標(biāo)接收節(jié)點(diǎn)，所有中間跳都是中繼。

動(dòng)態(tài)頻譜接入技術(shù)
對(duì)傳統(tǒng)的頻譜管理方式提出了先進(jìn)頻譜管理技術(shù) Advanced Spectrum Management，ASM，分為兩類：動(dòng)態(tài)頻譜分配技術(shù)、動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù)Dynamic Spectrum Sharing，DSS。
頻譜共享技術(shù)
按照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、用戶行為、接入方式這三種方式分類如下：
DSS將頻譜分配給多個(gè)用戶，可以是主用戶與次用戶之間共享，也可以是次用戶之間共享。動(dòng)態(tài)頻譜共享的步驟：
頻譜分配、頻譜接入、頻譜移動(dòng)，如下圖所示。

動(dòng)態(tài)頻譜接入 Dynamic Spectrum Access，DSA
分配原則如下：
1.高動(dòng)態(tài)性：在認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中，認(rèn)知用戶需要感知主用戶的空閑頻譜才能進(jìn)行通信。這需要次用戶及時(shí)更新空閑頻譜的信息——應(yīng)對(duì)主用戶活動(dòng)動(dòng)態(tài)性。
2.提高系統(tǒng)性能
3.減少信令開銷和計(jì)算量。
頻譜接入要考慮到：
1.次用戶對(duì)主用戶的干擾
2.認(rèn)知用戶之間的干擾
3.系統(tǒng)的收益函數(shù)和公平性
認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)采用機(jī)會(huì)式頻譜接入 Opportunities Spectrum Access，OSA（也可以聚合機(jī)會(huì)頻譜資源），按照不同的共享方式，分為：
重疊共享方式Underlay，交叉共享方式Overlay，混合式

Interweave頻譜共享
次用戶通過檢測(cè)時(shí)間、頻率二維的頻譜空洞，檢測(cè)不同頻段內(nèi)主用戶的使用情況，若有空閑則進(jìn)行機(jī)會(huì)接入。不能保證主用戶不受干擾，但次用戶可能由于長(zhǎng)時(shí)間不能接入頻譜而導(dǎo)致無法通信。

功率控制技術(shù)
目的：
1.減小認(rèn)知用戶對(duì)主用戶的干擾
2.減少認(rèn)知用戶間的干擾
功率控制算法
1.能耗問題：次用戶應(yīng)盡量降低自身的發(fā)射功率，從而減少對(duì)其他用戶的干擾，降低”遠(yuǎn)近效應(yīng)“的影響，增加系統(tǒng)容量。
2.滿足次用戶的Qos：信干噪比等，這要求增加發(fā)射功率，這與能耗要求矛盾，需要均衡二者。
方法：
1.開環(huán)功率控制：認(rèn)知用戶和認(rèn)知用戶基站之間同時(shí)參與功率控制，認(rèn)知用戶的發(fā)射功率根據(jù)主用戶的相關(guān)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，以適應(yīng)認(rèn)知用戶基站反饋的基本要求。
閉環(huán)功率控制：認(rèn)知用戶根據(jù)自身搜提供的信息對(duì)發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)整，無需主用戶基站的基站反饋。
2.上行鏈路功率控制：控制認(rèn)知用戶發(fā)射端的發(fā)射功率，達(dá)到功率控制的目的。
下行鏈路控制：控制認(rèn)知用戶接收端的發(fā)射功率，減少“角度效應(yīng)”影響。
3.集中式功率控制：認(rèn)知用戶基站作為控制中心，動(dòng)態(tài)調(diào)整認(rèn)知用戶的發(fā)射功率和鏈路增益，以適應(yīng)主用戶系統(tǒng)的需求。
分布式功率控制：認(rèn)知用戶作為控制中心，自發(fā)的調(diào)整自身的發(fā)射功率、參數(shù)，算法簡(jiǎn)單，效率高。
常用閉環(huán)式功率控制和分布式功率控制。

能量采集技術(shù) Energy Harvesting,EH
射頻供電的CRN中，認(rèn)知用戶具有能量采集技術(shù)，能收集射頻信號(hào)的能量，并用于數(shù)據(jù)傳輸。
能量采集體系結(jié)構(gòu)：
認(rèn)知無線傳感網(wǎng)絡(luò)、認(rèn)知蜂窩網(wǎng)絡(luò)、認(rèn)知無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)、認(rèn)知局域網(wǎng)
射頻認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)：
1.集中式：基于CRN的全局信息和認(rèn)知用戶基站采集到的射頻信號(hào)能量，可以是實(shí)現(xiàn)頻譜接入的最佳控制。
2.分布式：認(rèn)知用戶頻譜接入以及射頻能采集的決策都是由認(rèn)知用戶自己決定，無法實(shí)現(xiàn)頻譜接入的最佳控制。
射頻能量采集的CRN組件：
無線收發(fā)器
頻譜分析儀：用于觀察和分析被測(cè)信號(hào)的頻譜使用情況
信息提取單元：利用頻譜使用信息建立和維護(hù)頻譜訪問環(huán)境的信息庫(kù)
決策單元：基于信息庫(kù)進(jìn)行頻譜接入決策
節(jié)點(diǎn)設(shè)備：傳感器
A/D轉(zhuǎn)換器：將節(jié)點(diǎn)設(shè)備上的模擬信號(hào)數(shù)字化
功率控制器：用于處理來自A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號(hào)，用于網(wǎng)絡(luò)信號(hào)
儲(chǔ)能裝置
功率管理單元：從射頻能量采集器中分配能量——決定采集的能量是存儲(chǔ)還是轉(zhuǎn)移到其他部件
射頻能量采集器：采集射頻信號(hào)并轉(zhuǎn)化成電能。

為了最大限度提高CRN吞吐量，認(rèn)知用戶發(fā)射端需要在通道選擇具備：
1.如果認(rèn)知用戶的能量采集水平低，則應(yīng)選擇主用戶——授權(quán)用戶容易占用且具有較強(qiáng)射頻信號(hào)的信道來采集能量。
2.如果認(rèn)知用的能量采集水平高，則選擇空閑并且數(shù)據(jù)傳輸成功率高的信道——信道質(zhì)量高的

中繼協(xié)作技術(shù)
作用：接收和重新發(fā)送信號(hào)到目的地，提高來自基站的鏈路不好的用戶數(shù)據(jù)速率
優(yōu)點(diǎn)：提高CRN的系統(tǒng)性能，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，提高傳輸可靠性。
協(xié)同中繼：提高頻譜效率

中繼協(xié)作網(wǎng)絡(luò)組成：一個(gè)源節(jié)點(diǎn)，一個(gè)繼電器，一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)。
按照中繼節(jié)點(diǎn)的工作模式：
半雙工：更普遍更易實(shí)現(xiàn)，要求使用正交信道進(jìn)行傳輸和接受，但降低頻譜的傳輸效率
全雙工：相同的頻段內(nèi)進(jìn)行均勻的發(fā)射和采集，有自干擾
根據(jù)信號(hào)在中繼器上進(jìn)行處理的方式：
模擬中繼AR：繼電器只需重新傳輸獲得的信號(hào)。缺點(diǎn)：會(huì)對(duì)CRN的空暇頻譜干擾，中繼轉(zhuǎn)發(fā)后會(huì)有噪聲
數(shù)字中繼DR：繼電器需要對(duì)解碼進(jìn)行調(diào)制并且重新傳輸。缺點(diǎn)：解碼和調(diào)解消耗中繼能量，有更大的時(shí)延，設(shè)備更貴。
模擬中繼技術(shù)：
放大轉(zhuǎn)發(fā)AF，又稱非再生中繼方案，簡(jiǎn)單，無需知道源信號(hào)是如何進(jìn)行編碼的，目的節(jié)點(diǎn)可從源節(jié)點(diǎn)、中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)處獲得獨(dú)立的衰落報(bào)警，因而可以實(shí)現(xiàn)充分的分集，性能良好。但是，轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)會(huì)放大源中繼信道上的噪聲，有一定的失真。
步驟：
1）源節(jié)點(diǎn)通過廣播傳輸信號(hào)，目的節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)獲取報(bào)警
2）中繼節(jié)點(diǎn)放大從源節(jié)點(diǎn)獲取的功率，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)
3）目的節(jié)點(diǎn)對(duì)源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行解碼組合
數(shù)字中繼DR：
解碼轉(zhuǎn)發(fā)DF，又稱再生中方案，信號(hào)的處理一般由源、中繼信道的傳輸性能決定。對(duì)源信號(hào)先解碼再編碼發(fā)送，所以在這過程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤和誤差都會(huì)隨著中繼節(jié)點(diǎn)跳數(shù)增加而增加，這會(huì)影響中繼的性能。所以DF協(xié)議的關(guān)鍵是目的節(jié)點(diǎn)成功解碼由中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的信息，否則通信失敗，其次能夠正確解碼信息，否則降低系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量Quality of Service，Qos。且校驗(yàn)須在編碼中實(shí)現(xiàn)，得到分集順序給中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。
步驟：
1）源節(jié)點(diǎn)通過廣播傳輸信號(hào)，目的節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)獲取警報(bào)
2）中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)源節(jié)點(diǎn)獲取的信息進(jìn)行解碼檢測(cè)，將信息轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)
3）目的節(jié)點(diǎn)對(duì)源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行解碼組合
壓縮轉(zhuǎn)發(fā)CF
由源節(jié)點(diǎn)直接發(fā)送信號(hào)至目的節(jié)點(diǎn)，中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)壓縮的信號(hào)到目的節(jié)點(diǎn)。中繼節(jié)點(diǎn)無需完全解調(diào)接收到的源信號(hào)，只有源信號(hào)中與接收信號(hào)具有相關(guān)性的部分才需要解調(diào)。
當(dāng)中繼節(jié)點(diǎn)更靠近目的節(jié)點(diǎn)的時(shí)候，CF中繼更加優(yōu)于AF、DF中繼，毫無意外，那么CF的實(shí)現(xiàn)技術(shù)較之AF和DF更加復(fù)雜。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的基于能量采集的认知无线电时间和功率分配（一）——知识扫盲的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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