專利名稱：一種實現(xiàn)無靜默期頻譜感知的認知無線電系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于無線通信領域，特別涉及認知無線電系統(tǒng)。
背景技術：
隨著無線通信技術的發(fā)展，人們對無線頻譜資源的需求越來越大。然而，無線頻譜 是稀缺、有限的資源。如何充分利用頻譜資源，提高頻譜利用率，成為了一個亟待解決的問 題。認知無線電(CR，Cognitive radio)技術為解決這個問題提供了一種可行的方案。在 CR系統(tǒng)中，具有認知功能的用戶(CR用戶)需要對授權用戶頻譜進行感知，在不影響授權用 戶正常通信的前提下利用頻譜空穴，所述頻譜空穴為已分配給授權用戶但未被其使用的空 閑頻譜。在目前的認知無線電網絡中，如IEEE802.22無線區(qū)域網絡，為了抑制認知無線電 信號對頻譜感知的干擾，現(xiàn)有的頻譜感知技術需要使用靜默期，在靜默期內CR用戶中斷自 身的數據傳輸，這樣不但減少了 CR用戶進行自身數據傳輸的時間，而且破壞了數據傳輸的 連續(xù)性，嚴重損害了 CR用戶的通信服務質量(QoS，Quality of Service) 0

發(fā)明內容
為了解決靜默期給CR用戶通信QoS帶來的損害，本發(fā)明實例提供了一種實現(xiàn)無靜 默期的認知無線電系統(tǒng)，應用于認知無線電網絡，包括認知無線電發(fā)射裝置和認知無線電 接收裝置，其特征在于所述認知無線電發(fā)射裝置，采用混沌信號發(fā)射信息，包括認知無線電發(fā)射信息產生模塊，用于將CR用戶將要發(fā)送的信息轉化成二進制發(fā) 射信息；混沌信號發(fā)生模塊，用于產生混沌信號；自適應模塊，用于認知無線電發(fā)射裝置根據感知到的頻譜空穴特征調整上述混沌 信號的頻譜；混沌調制模塊，用頻譜經過調整的混沌信號將上述二進制發(fā)射信息調制成混沌信 號；單天線發(fā)射模塊，用于將混沌調制模塊產生的混沌信號發(fā)射出去，且發(fā)射頻段在 一定范圍內可調。所述認知無線電接收裝置，用于對接收到的信號同時進行頻譜感知和混沌信號解 調，實現(xiàn)無需靜默期的頻譜感知，包括多天線接收模塊，用于接收裝置能夠同時接收至少三個相互獨立的信號，且接收 頻段在一定范圍內可調；分路器模塊，用于將接收到的信號分成兩路，第一路用于頻譜感知，第二路用于混 沌信號的解調；頻譜感知模塊，用于感知接收到的信號中是否含有授權用戶發(fā)射信號；
解調模塊，用于解調接收信號中的混沌信號，恢復出CR用戶發(fā)射信息；管理模塊，用于認知無線電接收裝置根據頻譜感知模塊和解調模塊的結果進行決 策并調整頻譜感知模塊和解調模塊參數所述混沌信號發(fā)生模塊，用于產生混沌信號，包括混沌信號發(fā)生模塊采用蔡氏模擬混沌電路來實現(xiàn)。所述自適應模塊，用于認知無線電發(fā)射裝置根據感知到的頻譜空穴特征調整混沌 信號的頻譜，包括通帶自適應可調的濾波器，將混沌信號通入其中，濾波器的通帶范圍根據感知到 的頻譜空穴特征來設置，從而混沌信號的頻譜能夠自適應的根據頻譜空穴來調整。所述頻譜感知模塊，用于感知接收到的信號中是否含有授權用戶發(fā)射信號，包 括自相關模塊，對接收到的第一路信號進行自相關，得到自相關信號；杜芬混沌振子模塊，用于提供杜芬混沌振子；循環(huán)頻率估計模塊，將自相關得到的信號導入杜芬混沌振子中，估計其中授權用 戶信號的循環(huán)頻率；檢測模塊，用于根據臨界混沌狀態(tài)的杜芬混沌振子對同頻率周期信號敏感的特性 檢測授權用戶信號是否出現(xiàn)；判斷模塊，用于根據觀察杜芬混沌振子的狀態(tài)來判斷授權用戶信號是否出現(xiàn)。所述循環(huán)頻率估計模塊，將自相關得到的信號導入杜芬混沌振子中，估計其中授 權用戶信號的循環(huán)頻率，包括將自相關得到的信號導入杜芬混沌振子模塊；根據授權用戶使用頻段的歷史統(tǒng)計信息采用相應的調節(jié)機制對杜芬混沌振子模 塊的角頻率進行調節(jié)，并記錄杜芬混沌振子每個角頻率值對應的輸出信號；計算輸出信號的方差值，分別求出每個角頻率對應杜芬混沌振子輸出信號的方差 值；依據方差值確定待檢信號的循環(huán)頻率，選取最大輸出信號方差值對應的角頻率， 即為該自相關信號中可能存在的授權用戶信號自相關循環(huán)頻率。所述根據授權用戶使用頻段的歷史統(tǒng)計信息采用相應的調節(jié)機制對杜芬混沌振 子模塊的角頻率進行調節(jié)，并記錄杜芬混沌振子每個角頻率值對應的輸出信號，包括調節(jié)機制的選擇基于授權用戶使用頻段的歷史統(tǒng)計信息。若根據歷史統(tǒng)計信息， 授權用戶在該頻譜空穴內使用的頻段比較分散且多變，則采用兩步調節(jié)機制第一步以較 大的間隔值對杜芬混沌振子的策動力角頻率進行粗調節(jié)；第二步根據第一步輸出信號方差 的結果，選定方差值較大的角頻率區(qū)間，并在該區(qū)間以較小的間隔值對杜芬混沌振子的策 動力角頻率進行細調節(jié)。若根據歷史統(tǒng)計信息授權用戶在該頻譜空穴內使用的頻段比較集 中且固定，則采用自適應調節(jié)機制，在使用集中的頻段采用小間隔值對杜芬混沌振子的策 動力角頻率進行細調節(jié)，在其他頻段采用大間隔值對其進行粗調節(jié)。所述檢測模塊，用于根據臨界混沌狀態(tài)的杜芬混沌振子對同頻率周期信號敏感的 特性檢測授權用戶信號是否出現(xiàn)，包括調節(jié)杜芬混沌振子的策動力角頻率等于估計的循環(huán)頻率，并調節(jié)杜芬混沌振子的策動力幅值使振子處于臨界混沌狀態(tài)，然后將自相關得到的信號導入杜芬混沌振子。所述解調模塊，用于解調接收信號中的混沌信號，恢復出CR用戶發(fā)射信息，包括混沌信號提取模塊，用于從第二路信號中提取混沌信號；利用混沌信號的動力學方程和參數估計法，搜尋提取矩陣W，利用W從第二路信號 Xi (t) (i = 1,2,3)中提取出混沌信號，W為F = arg rmne(W)ε (W)為誤差函數ε (ff) =Σ (y(t)-f(y(t-l)))2f( ·)為所要提取混沌信號的動力學方程，y(t)為混沌信號的估計值?；煦缧盘柦庹{模塊，用于對提取出的混沌信號進行解調。所述管理模塊，用于認知無線電接收裝置根據頻譜感知模塊和解調模塊的結果進 行決策并調整頻譜感知模塊和解調模塊參數，包括若頻譜感知的結果是授權用戶信號不存在，則管理模塊做出決策CR用戶繼續(xù)使 用該段頻譜空穴，在該段頻譜空穴上傳輸信息并進行頻譜感知；若頻譜感知的結果是授權 用戶信號存在，則管理模塊做出決策CR用戶立刻退出該頻譜空穴。本發(fā)明實施例提供的技術方案的有益效果是通過本技術方案所設計的認知無線電系統(tǒng)可以實現(xiàn)無靜默期的頻譜感知，一方面 使得CR用戶可以在進行自身數據傳輸的同時進行不間斷的頻譜感知，提高了檢測的及時 性和準確性；另一方面使得CR用戶可以在進行頻譜感知的同時無需中斷自身數據傳輸，保 證了自身數據傳輸的連續(xù)性，提高了頻譜利用率，提高了 CR用戶的通信QoS。


圖1 本發(fā)明實施例的認知無線電系統(tǒng)拓撲圖；圖2 本發(fā)明實施例提供的認知無線電發(fā)射和接收裝置示意圖；圖3 本發(fā)明實施例提供的認知無線電發(fā)射裝置結構圖；圖4 本發(fā)明實施例提供的認知無線電接收裝置結構圖；圖5 本發(fā)明實施例提供的認知無線電接收裝置頻譜感知模塊結構圖；圖6 處于混沌臨界狀態(tài)的杜芬混沌振子吸引子相軌跡圖；圖7 處于大尺度周期狀態(tài)的杜芬混沌振子吸引子相軌跡圖；圖8 本發(fā)明實施例提供的認知無線電接收裝置解調模塊結構具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明實施方 式作進一步地詳細描述。本發(fā)明實施例的認知無線電系統(tǒng)拓撲如圖1所示，一對CR用戶設備，包括CR發(fā)射 裝置和CR接收裝置，和一對授權用戶設備，包括授權發(fā)射裝置和授權接收裝置。授權用戶 設備使用已分配的授權頻譜資源，該授權頻譜資源為可用信道，而CR用戶設備在授權用戶 設備不工作的時候利用該段已經授權的頻譜資源，但是，授權用戶設備隨時可能開始工作， 認知用戶設備需要通過頻譜感知快速準確地檢測出該段頻譜資源上隨時出現(xiàn)的授權用戶信號并及時退出該信道。以下是具體的實施例，參見圖2，本發(fā)明實施例提供了一種實現(xiàn)無靜默期頻譜感知 的認知無線電系統(tǒng)，包括認知無電線發(fā)射裝置100 用于產生混沌信號并發(fā)射出去，由微處理器、差分混沌 鍵控調制電路、蔡氏模擬混沌電路以及單天線發(fā)射電路組成；認知無線電接收裝置200 用于接收頻譜空穴上的信號并通過對其處理同時實現(xiàn) 頻譜感知與混沌信號的解調，由微處理器、多天線接收電路、延遲相關解調電路、分路電路 和自相關電路組成；如圖3所示，在本發(fā)明實施例中，認知無電線發(fā)射裝置100包括認知無線電發(fā)射信息產生模塊101 由微處理器實現(xiàn)，輸出與混沌調制模塊104的 輸入相連，該模塊對CR用戶需要發(fā)送的信息進行編碼，使其轉化為二進制的認知無線電發(fā) 射信息；混沌信號發(fā)生模塊102 用于產生混沌信號，其輸出與自適應模塊103的輸入相 連，該模塊可以根據一定的混沌模型利用由電容、電阻、電感等元件組成的模擬混沌電路產 生，混沌信號的產生可以采用如蔡氏模擬混沌電路、變型蔡氏模擬混沌電路、杜芬模擬混沌 電路等；也可以根據一定混沌模型的動力學方程利用數字合成技術產生。在本發(fā)明實施例 中混沌信號發(fā)生模塊采用蔡氏模擬混沌電路來實現(xiàn)，在保證CR用戶通信QoS的前提下，也 可采用上述其他方法來產生混沌信號。自適應模塊103 輸入與混沌信號發(fā)生模塊102的輸出相連，可以由微處理器實 現(xiàn)，能夠根據感知到的頻譜空穴特征自適應調整混沌信號的頻譜，以避免對相臨信道的通 信造成干擾；該模塊包含通帶自適應可調的濾波器，將混沌信號通入通帶可調的濾波器，濾波 器的通帶范圍根據感知到的頻譜空穴特征來設置，從而混沌信號的頻譜能夠自適應的根據 頻譜空穴來調整。
混沌調制模塊104 由差分混沌鍵控調制電路實現(xiàn)，輸入與認知無線電發(fā)射信息
產生模塊101和自適應模塊103的輸出相連，輸出與單天線發(fā)射模塊105的輸入相連，用經 過自適應調制的混沌信號對認知無線電發(fā)射信息進行差分混沌鍵控調制；
差分混沌鍵控調制基函數的前半段稱為參考段，后半段稱為信息承載段。根據認
的不同，信息承載段分別為參考段的同相或反相副本。當 發(fā)射信息為“ 1”時，發(fā)送gl (t)；當發(fā)射信息為“0”時，發(fā)送g2(t) ‘ 1
知無線電發(fā)射信息為“0”和“1:
gl(t)和g2(t)分別為 =
c(t), g2(t) =
+
c⑴,
0<t<T/2
T/2<t<T
0< <Τ/2
4Ε
c(卜 Γ/2), T/2<t<T
7
T為CR用戶發(fā)射信息的符號周期。需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，混沌調制模 塊選擇差分混沌調制方式，在保證CR認知用戶通信QoS的前提下，當然可以選擇其他數字 混沌調制方式，如混沌鍵控、混沌開關鍵控、調頻差分混沌鍵控等。單天線發(fā)射模塊105 由單天線發(fā)射電路實現(xiàn)，輸入與混沌調制模塊104的輸出相 連，用于將產生的混沌信號發(fā)射出去，且發(fā)射頻段可以在一定范圍內調整。在本發(fā)明實施例中，如圖4，認知無線電接收裝置200包括多天線接收模塊201 :由多天線接收電路實現(xiàn)，輸出與分路模塊202的輸入相連， 采用三根接收信號相互獨立的天線從頻譜空穴上接收信號，保證接收到的信號相互獨立， 且接收頻段在一定范圍內可調；由于接收到的信號由混沌信號s(t)、隨時可能出現(xiàn)的授權用戶信號i(t)及噪聲 n(t)三種相互獨立的信號組成，為了實現(xiàn)對接收信號中的混沌信號的準確解調，接收端可 以利用從多條天線數接收到的多個相互獨立的信號中提取出混沌信號s (t)，消除授權用戶 信號i(t)及噪聲n(t)的干擾。本實施例僅以采用三根天線為例，在CR用戶接收裝置實現(xiàn) 成本允許的情況下，也可以采用多于三根的天線來實現(xiàn)。分路模塊202 由分路電路實現(xiàn)，輸入與多天線接收模塊201的輸出相連，有兩路 輸出，第一路輸出和第二路輸出分別與頻譜感知模塊203和解調模塊204的輸入相連，將三 根天線接收到的信號(用Xi(t) (i = 1,2,3)表示)分成兩路，第一路為包含任一根天線接 收到的信號，用于頻譜感知，將該路信號記為r(t)；第二路為包含三根天線接收到的信號 Xi (t) (i = 1,2,3) ο頻譜感知模塊203 由微處理器和自相關電路實現(xiàn)，輸入與分路模塊202的第一路 輸出相連，輸出與管理模塊205的輸入相連，對接收到的第一路信號進行頻譜感知，以感知 授權用戶信號是否出現(xiàn)；解調模塊204 由微處理器和延遲相關解調電路實現(xiàn)，輸入與分路模塊202的第二 路輸出相連，輸出與管理模塊205的輸入相連，對接收到的第二路信號進行解調，恢復出認 知無線電發(fā)射信息；管理模塊205 由微處理器實現(xiàn)，輸入與頻譜感知模塊203和解調模塊204的輸出 相連，根據頻譜感知模塊和解調模塊的結果進行決策并調整多天線接收模塊201，頻譜感知 模塊203，解調模塊204參數。若頻譜檢測的結果是授權用戶信號不存在，則管理模塊做出決策CR用戶繼續(xù)使 用該段頻譜空穴，在該段頻譜空穴上傳輸信息并進行頻譜感知；若頻譜檢測的結果是授權 用戶信號存在，則管理模塊做出決策CR用戶立刻退出該頻譜空穴。在本發(fā)明實施例中，如圖5，頻譜感知模塊203包括自相關模塊203a 通過自相關電路實現(xiàn)，輸入與分路模塊202的第一路輸出相連， 輸出與杜芬混沌振子模塊203b的輸入相連，對接收到的第一路信號進行自相關，得到自相 關信號c(t)；由于授權用戶信號i(t)經過調制、編碼等處理后，信號中存在一定的冗余信息， 若第一路信號包含i(t)則自相關得到的信號c (t)會呈現(xiàn)出循環(huán)周期性；由于噪聲和混沌 信號不具有這種特性。因此，若第一路信號不包含i(t)，則其自相關得到的信號c(t)不具 有循環(huán)周期性。
杜芬混沌振子模塊203b ，該模塊根據杜芬混沌振子的動力學方程利用數字合成 技術通過微處理器實現(xiàn)，與循環(huán)頻率估計模塊203c，檢測模塊203d為雙向連接，輸入與自 相關模塊203a的輸出連接，用于提供杜芬混沌振子；杜芬混沌振子的動力學方程表示為χ" (t)+kx' (t) -X3 (t) +χ5 (t) = accos ω ct其中，k為阻尼比；a。為振子周期策動力幅值；ω。為振子策動力角頻率。循環(huán)頻率估計模塊203c ，由微處理器實現(xiàn)，與檢測模塊203b為雙向連接，將自相 關得到的信號c(t)導入杜芬混沌振子中，估計其中授權用戶信號i(t)的循環(huán)頻率；該模塊的工作原理如下A 導入待檢信號，將信號c (t)導入杜芬混沌振子；B:采用基于授權用戶使用頻段歷史統(tǒng)計信息的調節(jié)機制對杜芬混沌振子角頻率 進行調節(jié)，在頻譜空穴的頻段范圍內，采用該機制調節(jié)杜芬混沌振子的策動力角頻率并記 錄混沌振子每個角頻率值對應的輸出信號；角頻率調節(jié)機制的設計基于授權用戶使用頻段的歷史統(tǒng)計信息。若根據歷史統(tǒng)計 信息，授權用戶在該頻譜空穴內使用的頻段比較分散且多變，則采用兩步調節(jié)機制第一步 以較大的間隔值對杜芬混沌振子的策動力角頻率進行粗調節(jié)；第二步根據C的計算結果， 選定方差值較大的角頻率區(qū)間，并在該區(qū)間以較小的間隔值對杜芬混沌振子的策動力角頻 率進行細調節(jié)。若根據歷史統(tǒng)計信息授權用戶在該頻譜空穴內使用的頻段比較集中且固 定，則采用自適應調節(jié)機制，在使用集中的頻段采用小間隔值對杜芬混沌振子的策動力角 頻率進行細調節(jié)，在其他頻段采用大間隔值對其進行粗調節(jié)。C:計算輸出信號的方差值，分別求出每個角頻率對應杜芬混沌振子輸出信號的方
差值；D 依據方差值確定待檢信號的循環(huán)頻率，選取最大輸出信號方差值對應的角頻 率，即為信號c (t)中假設存在授權用戶信號自相關的循環(huán)頻率。檢測模塊203d ，由微處理器實現(xiàn)，與杜芬混沌振子模塊203b為雙向連接，與判斷 模塊203e單向連接，輸出與判斷模塊203e的輸入相連，用于根據臨界混沌狀態(tài)的杜芬混沌 振子對同頻率周期信號敏感的特性檢測授權用戶信號是否出現(xiàn)；調節(jié)杜芬混沌振子的策動力角頻率等于估計的循環(huán)頻率，并調節(jié)杜芬混沌振子的 策動力幅值使振子處于臨界混沌狀態(tài)，然后將自相關信號c(t)導入杜芬混沌振子；調節(jié)a。 值的大小可以改變杜芬混沌振子的狀態(tài)，當該混沌振子處于混沌狀態(tài)時，增大a。值到一臨 界值，若a。值若再增大，該混沌振子便會由混沌狀態(tài)躍遷到周期狀態(tài)。判斷模塊203e 由微處理器實現(xiàn)，輸入與檢測模塊203d的輸出相連，用于根據觀 察杜芬混沌振子的狀態(tài)來判斷授權用戶信號是否出現(xiàn)。觀測導入自相關信號c(t)之后杜芬混沌振子的狀態(tài)，處于臨界混沌狀態(tài)的杜芬 混沌振子對導入其中的同頻率循環(huán)周期信號敏感，所述同頻率是指杜芬混沌振子的策動力 角頻率與導入循環(huán)周期信號的循環(huán)頻率相同，表現(xiàn)為杜芬混沌振子會由混沌狀態(tài)變?yōu)榇蟪?度周期狀態(tài)，其相位軌跡會由復雜的運動狀態(tài)(如圖6)變?yōu)榄h(huán)狀的運動狀態(tài)(如圖7)。據 此，通過觀察杜芬混沌振子的相位軌跡可判斷導入杜芬混沌振子的信號是否具有循環(huán)周期 特性，即是否存在授權用戶信號。
需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，判斷模塊采用觀察杜芬混沌振子的相位軌跡 來判斷振子是否仍處于混沌狀態(tài)，在保證判斷準確的前提下，當然也可以選擇其他方法來 判斷杜芬混沌振子是否仍處于混沌狀態(tài)，如計算此時杜芬混沌振子輸出信號的熵值等。在本發(fā)明實施例中，如圖8，解調模塊204包括混沌信號提取模塊204a 用于從第二路信號中提取混沌信號，可以由微處理器實 現(xiàn)，輸入與分路模塊202的第二路輸出相連，輸出與混沌信號解調模塊204b相連，；該模塊利用混沌信號的動力學方程，從第二路信號Xi (t) (i = 1,2,3)中提取出混 沌信號；對提取問題進行數學建模，Xi (t) (i = 1,2,3)可用矩陣表示為X = ASX = [Xl(t), x2(t), x3(t)]TS = [s(t)，i(t)，n(t)]T其中，A為混合矩陣，由X和S都為滿秩矩陣可知，A也是滿秩的。因此A必定存在 偽逆矩陣A#，根據AsA = E，則存在提取矩陣W，可表示為W = A#(l,)根據WA = [1，0，0]，混沌信號可由下式得到y(tǒng) (t) = WX = WAS= [l，0，0]*[s(t)，i(t)，n(t)]T= s(t)因此，混沌信號提取的關鍵就是尋找到提取矩陣W，使y(t)逼近s(t)。為此，定義 誤差函數ε (W) =Σ (y(t)-s(t))2其中f( ·)為所要提取混沌信號的動力學方程，對于CR用戶為已知信息，y(t)為 s(t)的估計值，則混沌信號s (t)可表示為s (t) = f (y (t_l))將其帶入上式得ε (W) =Σ (y(t)-f(y(t-l)))2因此，混沌信號的提取問題可轉化為最優(yōu)化問題，即妒=arg rmns(W)尋找最優(yōu)的提取矩陣W，使誤差函數ε (W)最小。利用參數估計法，搜尋提取矩陣W，選取使誤差函數ε (W)達到全局最小對應的W 即為提取矩陣。將其帶入下式y(tǒng) (t) = WX = WAS = s (t)即可得到混沌信號?；煦缧盘柦庹{模塊204b 由延遲相關解調電路實現(xiàn)，輸入與混沌信號提取模塊 204a的輸入相連，用于對提取出的混沌信號進行解調。該模塊對提取出的混沌信號進行延遲相關解調。利用混沌信號類似于脈沖函數的 自相關特性和非常低的互相關特性，將混沌信號延遲時間τ (τ =Τ/2)并進行自相關，將 自相關的結果與判決門限進行比較，大于門限值判為“1”，小于門限值則判為“0”。
權利要求
一種實現(xiàn)無靜默期頻譜感知的認知無線電系統(tǒng)，應用于認知無線電網絡，包括認知無線電發(fā)射裝置和認知無線電接收裝置，其特征在于所述認知無線電發(fā)射裝置，采用混沌信號發(fā)射信息；所述認知無線電接收裝置，用于對接收到的信號同時進行頻譜感知和混沌信號解調，實現(xiàn)無需靜默期的頻譜感知。
2.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述認知無線電發(fā)射裝置，采用混沌信號 發(fā)射信息，包括認知無線電發(fā)射信息產生模塊，用于將CR用戶將要發(fā)送的信息轉化成二進制發(fā)射信息；混沌信號發(fā)生模塊，用于產生混沌信號；自適應模塊，用于認知無線電發(fā)射裝置根據感知到的頻譜空穴特征調整上述混沌信號 的頻譜；混沌調制模塊，用頻譜經過調整的混沌信號將上述二進制發(fā)射信息調制成混沌信號；單天線發(fā)射模塊，用于將混沌調制模塊產生的混沌信號發(fā)射出去，且發(fā)射頻段在一定 范圍內可調。
3.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述認知無線電接收裝置，用于對接收到 的信號同時進行頻譜感知和混沌信號解調，實現(xiàn)無需靜默期的頻譜感知，包括多天線接收模塊，用于接收裝置能夠同時接收至少三個相互獨立的信號，且接收頻段 在一定范圍內可調；分路器模塊，用于將接收到的信號分成兩路，第一路用于頻譜感知，第二路用于混沌信 號的解調；頻譜感知模塊，用于感知接收到的信號中是否含有授權用戶發(fā)射信號；解調模塊，用于解調接收信號中的混沌信號，恢復出CR用戶發(fā)射信息；管理模塊，用于認知無線電接收裝置根據頻譜感知模塊和解調模塊的結果進行決策并 調整頻譜感知模塊和解調模塊參數。
4.根據權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述混沌信號發(fā)生模塊，用于產生混沌信 號，包括混沌信號發(fā)生模塊采用蔡氏模擬混沌電路來實現(xiàn)。
5.根據權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述自適應模塊，用于認知無線電發(fā)射裝 置根據感知到的頻譜空穴特征調整混沌信號的頻譜，包括通帶自適應可調的濾波器，將混沌信號通入其中，濾波器的通帶范圍根據感知到的頻 譜空穴特征來設置，從而混沌信號的頻譜能夠自適應的根據頻譜空穴來調整。
6.根據權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述頻譜感知模塊，用于感知接收到的信 號中是否含有授權用戶發(fā)射信號，包括自相關模塊，對接收到的第一路信號進行自相關，得到自相關信號；杜芬混沌振子模塊，用于提供杜芬混沌振子；循環(huán)頻率估計模塊，將自相關得到的信號導入杜芬混沌振子中，估計其中授權用戶信 號的循環(huán)頻率；檢測模塊，用于根據臨界混沌狀態(tài)的杜芬混沌振子對同頻率周期信號敏感的特性檢測授權用戶信號是否出現(xiàn)；判斷模塊，用于根據觀察杜芬混沌振子的狀態(tài)來判斷授權用戶信號是否出現(xiàn)。
7.根據權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述循環(huán)頻率估計模塊，將自相關得到的 信號導入杜芬混沌振子中，估計其中授權用戶信號的循環(huán)頻率，包括將自相關得到的信號導入杜芬混沌振子模塊；根據授權用戶使用頻段的歷史統(tǒng)計信息采用相應的調節(jié)機制對杜芬混沌振子模塊的 角頻率進行調節(jié)，并記錄杜芬混沌振子每個角頻率值對應的輸出信號；計算輸出信號的方差值，分別求出每個角頻率對應杜芬混沌振子輸出信號的方差值；依據方差值確定待檢信號的循環(huán)頻率，選取最大輸出信號方差值對應的角頻率，即為 該自相關信號中可能存在的授權用戶信號自相關循環(huán)頻率。
8.根據權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述根據授權用戶使用頻段的歷史統(tǒng)計 信息采用相應的調節(jié)機制對杜芬混沌振子模塊的角頻率進行調節(jié)，并記錄杜芬混沌振子每 個角頻率值對應的輸出信號，包括調節(jié)機制的選擇基于授權用戶使用頻段的歷史統(tǒng)計信息。若根據歷史統(tǒng)計信息，授權 用戶在該頻譜空穴內使用的頻段比較分散且多變，則采用兩步調節(jié)機制第一步以較大的 間隔值對杜芬混沌振子的策動力角頻率進行粗調節(jié)；第二步根據第一步輸出信號方差的結 果，選定方差值較大的角頻率區(qū)間，并在該區(qū)間以較小的間隔值對杜芬混沌振子的策動力 角頻率進行細調節(jié)。若根據歷史統(tǒng)計信息授權用戶在該頻譜空穴內使用的頻段比較集中且 固定，則采用自適應調節(jié)機制，在使用集中的頻段采用小間隔值對杜芬混沌振子的策動力 角頻率進行細調節(jié)，在其他頻段采用大間隔值對其進行粗調節(jié)。
9.根據權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測模塊，用于根據臨界混沌狀態(tài)的 杜芬混沌振子對同頻率周期信號敏感的特性檢測授權用戶信號是否出現(xiàn)，包括調節(jié)杜芬混沌振子的策動力角頻率等于估計的循環(huán)頻率，并調節(jié)杜芬混沌振子的策動 力幅值使振子處于臨界混沌狀態(tài)，然后將自相關得到的信號導入杜芬混沌振子。
10.根據權利要求3述的系統(tǒng)，其特征在于，所述解調模塊，用于解調接收信號中的混 沌信號，恢復出CR用戶發(fā)射信息，包括混沌信號提取模塊，用于從第二路信號中提取混沌信號；混沌信號解調模塊，用于對提取出的混沌信號進行解調。
11.根據權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管理模塊，用于認知無線電接收裝 置根據頻譜感知模塊和解調模塊的結果進行決策并調整頻譜感知模塊和解調模塊參數，包 括若頻譜感知的結果是授權用戶信號不存在，則管理模塊做出決策CR用戶繼續(xù)使用該 段頻譜空穴，在該段頻譜空穴上傳輸信息并進行頻譜感知；若頻譜感知的結果是授權用戶 信號存在，則管理模塊做出決策CR用戶立刻退出該頻譜空穴。
全文摘要
本發(fā)明給出了一種實現(xiàn)無靜默期頻譜感知的認知無線電系統(tǒng)，應用于認知無線電網絡。所述系統(tǒng)包括一種發(fā)射信息采用混沌信號的認知無線電發(fā)射裝置，一種對接收到的信號同時進行頻譜感知和混沌信號解調的認知無線電接收裝置。通過該系統(tǒng)認知無線電用戶在進行頻譜感知時無需采用靜默期，增加了認知無線電用戶進行自身數據傳輸的時間，保證了數據傳輸的連續(xù)性，提高了認知無線電用戶的通信QoS(Quality of Service)。
文檔編號H04B1/06GK101982938SQ20101054109
公開日2011年3月2日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權日2010年11月12日
發(fā)明者馮春燕, 劉芳芳, 曾志民, 郭彩麗, 魏冬 申請人:北京郵電大學