文档介绍：认知无线电在震后应急通信中的应用
作者:罗凡1,2,陈金鹰2 来源:长江大学电信学院湖北荆州发布时间:2010-5-16 0:53:10 [收藏] [评论]
认知无线电在震后应急通信中的应用
摘要:为了在震后即时开展救援工作,尽快恢复通信系统是至关重要的。根据应急通信的特殊性和要求,在分析了认知无线电的关键技术的基础上,建立了一个基于认知无线电技术的通信模型,提出了解决震后通信线路拥堵并提高频频谱利用率低下的新思路。详细介绍了三种频谱感知的方法:匹配滤波检测、能量检测、周期平稳过程特征检测。认知无线电技术的研究为震后应急通信建设提供了新的思考模式和技术前景。
关键字:认知无线电,频谱感知,匹配滤波器检测,能量检测,周期平稳过程特征检测
四川汶川地震造成了巨大的生命财产损失,挽救损失最关键的就是如何在震后迅速有效的恢复应急通信,这样才能了解灾情,统一指挥,为在灾后72小时黄金救援时间内更好的组织协调,因此灾后应急通信的恢复显得至关重要。地震发生時,电信企业都面临两大考验:一方面,通信网络因灾害受到不同程度的损坏,信息通信服务保障能力大大降低;另一方面,灾害发生后,政府和公众均十分迫切地想了解灾情,通信业务“井喷式”增长,形成通信阻塞。面对这两大难题,有人提出要开展重要线路第二路由的建設、通过主干线路的备份建设来提高抗灾能力;还有提出要建立起天地结合、模式多样的应急通信手段。然而这些仅仅只是从线路的建设和途径的多样化上来进行防范,面对灾后应急通信的巨大信息流量,这些线路是否能承受的了如此大信息量?是否会因此又造成通信堵塞?认知无线电技术从解决高频段频谱利用率低下的问题出发,使得无线通信设备可以接入授权的高频空闲频谱,并动态的利用频谱,有望缓解现有通信线路的拥堵问题,为应急通信的建设展开了另一种技术前景。
认知无线电的概念是由Joseph Mitola在1999年提出的,其核心思想是使无线通信设备具有发现空闲频谱并合理利用频谱资源的能力。众所周知,无线电通信频谱是一种宝贵的自然资源,一般由政府授权使用。在频率需求非常紧张的数百MHZ-3GHZ无线频带中,一些频带大部分时间内并没有用户使用,另有一些偶尔才被占用,其它频段使用竞争则相对激烈。认知无线电被认为是解决目前无线频谱利用率的最佳方案,它是一个智能的无线通信系统,具有环境感知和传输参数自我修改的功能,通过对环境的理解实时改变和调整它的内部状态,适应外部无线环境的变化,从而实现频谱共享,动态的增加网络和个人用户的可用频谱总数,为频谱分配提供了一个可能的解决方案。
认知无线电的认知能力表现在能实时与它所处的环境交互,从而决定合适的通信参数并适应动态的无线环境。这个任务要求在公开频谱中的自适应性操作,如图1所示,称之为认知循环。认知循环包含3个主要步骤:频谱感知、频谱分析和频谱决策。
针对地震后通信系统出现的问题,由于常用频段信道容量有限,通信量突增会造成信道的堵塞,为了缓解通信线路拥挤的压力,结合认知无线电频谱感知技术,如图2所示表示了一个基于认知无线电的信号传输系统的模型,其中模型的设计就是对被测信号空间进行信号处理,从噪声背景下发现信号和提取信号所携带的信息,并制定检测估计准则,做出有无授权用户存在(或频谱空穴)的检