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摘 要：介绍认知无线电的基本知识，较详细论述其中的频谱感知技术，分析了用于发射端检测的能量检测法的基本原理和方法，完成高斯白噪声信道条件下能量检测法的性能参数计算仿真，给出了相应结论。
关键词：认知无线电；频谱感知；能量检测
中图分类号：TN925
1 认知无线电
现代信息社会中，无线电频谱是一种有限且保贵的自然资源。 近年来，可高效利用频谱资源的认知无线电技术得到了国内外学者越来越多的关注。
与采用软件方式完成无线电信号处理的软件无线电不同，认知无线电是一种智能感知无线电环境变化并调整系统工作参数实现最佳适配的更智能的频谱共享技术。认知无线电与所处环境实时动态自适应的交互过程被稱为“认知循环”[1]，这一过程包含3个基本步骤：频谱感知，信号状态估计与预测，功率控制与频谱决策，其中频谱感知是认知循环中重要的第一步，该技术工作在物理层，是其他技术的基础。
2 认知无线电中的频谱感知
2.1 频谱感知
频谱资源在认知无线电技术中，被认为是分布在频率、时间和空间三维空间中的无线信道资源。非授权用户，即次用户可以动态地接入空闲频段被称为频谱空穴。频谱感知简而言之就是次用户感知主用户信号从而判断是否有频谱空穴而动态的接入，其目的是能够发现频谱空穴，并且不对主用户造成干扰。
2.2 频谱感知技术
认知无线电中的频谱感知技术可分类归纳为发射机检测、合作检测和基于干扰的检测3类。常用的发射机检测（又称非合作检测）检测技术主要包括匹配滤波器检测、能量检测和循环平稳特征检测。
匹配滤波器检测法是一种相干检测，在主用户信号形式已知的条件下，是最优检测方法。匹配滤波器是输出信噪比最大的线性滤波器，仅需很短时间可获得高处理增益。但实际认知无线电环境中常有多种类型信号共存，无法准确获知所有信号的先验信息，因此实用性不强。
能量检测法的理论依据是信号加噪声的能量大于噪声的能量，通过比较信号在特定时间内的能量积累与门限值（预先设定）的大小来判断主用户信号状态。该方法的优点是不用知道信号的先验信息，实现简单，成为频谱感知研究的一个热点，但噪声的不确定性给该方法带来了相当的局限性。
循环平稳特征检测法是根据人工调制信号具有的循环平稳性而噪声为不相干的广义平稳信号，采用基于循环平稳特征的特征检测方法来实现信号检测，该方法在信噪比较低时能区分主用户信号、噪声以及干扰信号的能量，但计算复杂度较高，不能满足快速检测的要求。
3 能量检测法频谱感知分析
如上所述，能量检测方法是一种盲检算法。认知用户接收信号r（t）经过积分器后的输出为Y，该能量判决统计量可以表示如下：
以下完成能量检测法频谱感知仿真。首先产生一个原始信号然后叠加高斯噪声，然后信号功率累积且归一化噪声功率，根据虚警概率确定检测门限，最后比较累积功率和检测门限，得出检测概率。
仿真结果记录如图1和2。图1和图2表明检测概率随着信噪比的增加得到改善。同时，图1表明信噪比一定的情况下，检测概率随着虚警概率的增加而变大，图2表明随着判决门限的增加，检测概率和虚警概率均出现下降。
4 小结
本文阐述了认知无线电及频谱感知相关技术，分析验证了判决门限的选择对能量检测法的检测性能的重要影响，对实际工作具有一定参考意义。
参考文献：
[1]S.Haykin.Cognitive Radio：Brain-EmpoWered Wireless Communications.IEEE Journal on Selected Areas in Communications.Feb.2005，23（2）：201-220.
[2]赵知劲，郑仕链，孔宪正.认知无线电中频谱感知技术[J].现代雷达，2008，30（5）：65-69.
作者简介：陈卫中（1972-），男，工程师，从事电力系统通信设备运行维护和检修工作。
作者单位：浙江省台州供电公司信息通信公司，浙江台州 317000
关键词：认知无线电；频谱感知；能量检测
中图分类号：TN925
1 认知无线电
现代信息社会中，无线电频谱是一种有限且保贵的自然资源。 近年来，可高效利用频谱资源的认知无线电技术得到了国内外学者越来越多的关注。
与采用软件方式完成无线电信号处理的软件无线电不同，认知无线电是一种智能感知无线电环境变化并调整系统工作参数实现最佳适配的更智能的频谱共享技术。认知无线电与所处环境实时动态自适应的交互过程被稱为“认知循环”[1]，这一过程包含3个基本步骤：频谱感知，信号状态估计与预测，功率控制与频谱决策，其中频谱感知是认知循环中重要的第一步，该技术工作在物理层，是其他技术的基础。
2 认知无线电中的频谱感知
2.1 频谱感知
频谱资源在认知无线电技术中，被认为是分布在频率、时间和空间三维空间中的无线信道资源。非授权用户，即次用户可以动态地接入空闲频段被称为频谱空穴。频谱感知简而言之就是次用户感知主用户信号从而判断是否有频谱空穴而动态的接入，其目的是能够发现频谱空穴，并且不对主用户造成干扰。
2.2 频谱感知技术
认知无线电中的频谱感知技术可分类归纳为发射机检测、合作检测和基于干扰的检测3类。常用的发射机检测（又称非合作检测）检测技术主要包括匹配滤波器检测、能量检测和循环平稳特征检测。
匹配滤波器检测法是一种相干检测，在主用户信号形式已知的条件下，是最优检测方法。匹配滤波器是输出信噪比最大的线性滤波器，仅需很短时间可获得高处理增益。但实际认知无线电环境中常有多种类型信号共存，无法准确获知所有信号的先验信息，因此实用性不强。
能量检测法的理论依据是信号加噪声的能量大于噪声的能量，通过比较信号在特定时间内的能量积累与门限值（预先设定）的大小来判断主用户信号状态。该方法的优点是不用知道信号的先验信息，实现简单，成为频谱感知研究的一个热点，但噪声的不确定性给该方法带来了相当的局限性。
循环平稳特征检测法是根据人工调制信号具有的循环平稳性而噪声为不相干的广义平稳信号，采用基于循环平稳特征的特征检测方法来实现信号检测，该方法在信噪比较低时能区分主用户信号、噪声以及干扰信号的能量，但计算复杂度较高，不能满足快速检测的要求。
3 能量检测法频谱感知分析
如上所述，能量检测方法是一种盲检算法。认知用户接收信号r（t）经过积分器后的输出为Y，该能量判决统计量可以表示如下：
以下完成能量检测法频谱感知仿真。首先产生一个原始信号然后叠加高斯噪声，然后信号功率累积且归一化噪声功率，根据虚警概率确定检测门限，最后比较累积功率和检测门限，得出检测概率。
仿真结果记录如图1和2。图1和图2表明检测概率随着信噪比的增加得到改善。同时，图1表明信噪比一定的情况下，检测概率随着虚警概率的增加而变大，图2表明随着判决门限的增加，检测概率和虚警概率均出现下降。
4 小结
本文阐述了认知无线电及频谱感知相关技术，分析验证了判决门限的选择对能量检测法的检测性能的重要影响，对实际工作具有一定参考意义。
参考文献：
[1]S.Haykin.Cognitive Radio：Brain-EmpoWered Wireless Communications.IEEE Journal on Selected Areas in Communications.Feb.2005，23（2）：201-220.
[2]赵知劲，郑仕链，孔宪正.认知无线电中频谱感知技术[J].现代雷达，2008，30（5）：65-69.
作者简介：陈卫中（1972-），男，工程师，从事电力系统通信设备运行维护和检修工作。
作者单位：浙江省台州供电公司信息通信公司，浙江台州 317000