電磁頻譜感知方法從手機(jī)直連衛(wèi)星說(shuō)起……2023年9月中國(guó)電信“手機(jī)直連衛(wèi)星”業(yè)務(wù)AST、SpaceX等低軌衛(wèi)星星座支持手機(jī)直連從手機(jī)直連衛(wèi)星說(shuō)起……什么是頻譜感知？如何進(jìn)行感知？其效果如何？單用戶頻譜感知協(xié)作頻譜感知0302基本概念01機(jī)會(huì)性動(dòng)態(tài)性時(shí)空特性一、基本概念頻譜感知：次級(jí)用戶通過(guò)檢測(cè)主用戶的活動(dòng)狀態(tài)并確定頻譜空洞的過(guò)程非授權(quán)用戶，無(wú)固定授權(quán)頻段，也稱為認(rèn)知用戶、次用戶授權(quán)用戶，擁有固定授權(quán)頻段分配給授權(quán)用戶但在特定時(shí)間和地域內(nèi)未被使用的頻段，或者雖然被使用但功率很低，可以被次用戶動(dòng)態(tài)接入的頻段功率時(shí)間頻率被占用頻譜頻譜空洞頻譜感知是認(rèn)知無(wú)線電的核心技術(shù)一、基本概念功率控制與頻譜決策發(fā)射信號(hào)無(wú)線激勵(lì)無(wú)線電環(huán)境頻譜感知信道狀態(tài)估計(jì)與預(yù)測(cè)頻譜空穴噪低統(tǒng)計(jì)流量統(tǒng)計(jì)干擾溫度信道容量無(wú)線激勵(lì)認(rèn)知無(wú)線電的核心思想是通過(guò)頻譜感知和系統(tǒng)的智能學(xué)習(xí)能力，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜接入和頻譜共享，從而支撐有限頻譜資源的高效利用OR準(zhǔn)則AND準(zhǔn)則K/N準(zhǔn)則等增益合并準(zhǔn)則置信傳播算法致性融合算法置信傳播算法干擾溫度檢測(cè)本振泄露功率檢測(cè)能量檢測(cè)匹配濾波檢測(cè)一、基本概念單用戶感知技術(shù)協(xié)作感知技術(shù)主用戶發(fā)射端檢測(cè)主用戶接收端檢測(cè)頻譜感知技術(shù)集中式協(xié)作頻譜感知分布式協(xié)作頻譜感知循環(huán)平穩(wěn)特征檢測(cè)最大化合并準(zhǔn)則單用戶頻譜感知協(xié)作頻譜感知0302基本概念01二、單用戶頻譜感知單用戶頻譜感知技術(shù)，是指認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中只存在一個(gè)次級(jí)用戶進(jìn)行頻譜感知。

次級(jí)用戶接收到的信號(hào)主用戶發(fā)送的信號(hào)信道增益目標(biāo)頻段上的噪聲接收信號(hào)只包含噪聲接收信號(hào)包含主用戶發(fā)射信號(hào)和噪聲主用戶存在且被成功檢測(cè)的概率

主用戶不存在但被誤檢為存在的概率二、單用戶頻譜感知次用戶距離主用戶較近，可對(duì)主用戶發(fā)射機(jī)進(jìn)行頻譜感知主用戶發(fā)射機(jī)次用戶主用戶接收機(jī)主用戶接收機(jī)主用戶接收機(jī)檢測(cè)主用戶發(fā)射機(jī)信號(hào)并提取其攜帶的信息，通過(guò)某種檢測(cè)估計(jì)準(zhǔn)則，來(lái)判斷感興趣的頻段內(nèi)主用戶是否存在主用戶發(fā)射端檢測(cè)方法循環(huán)平穩(wěn)特征檢測(cè)匹配濾波器檢測(cè)能量檢測(cè)二、單用戶頻譜感知1.能量檢測(cè)帶通濾波器A/D采樣平方模塊積分器門限比較判決λs(t)主用戶發(fā)射端檢測(cè)方法檢測(cè)主用戶發(fā)射機(jī)信號(hào)并提取其攜帶的信息，通過(guò)某種檢測(cè)估計(jì)準(zhǔn)則，來(lái)判斷感興趣的頻段內(nèi)主用戶是否存在YY>λ=>Y<λ=>

二、單用戶頻譜感知1.能量檢測(cè)帶通濾波器A/D采樣平方模塊積分器門限比較判決λs(t)主用戶發(fā)射端檢測(cè)方法檢測(cè)主用戶發(fā)射機(jī)信號(hào)并提取其攜帶的信息，通過(guò)某種檢測(cè)估計(jì)準(zhǔn)則，來(lái)判斷感興趣的頻段內(nèi)主用戶是否存在Y二、單用戶頻譜感知

主用戶發(fā)射端檢測(cè)方法二、單用戶頻譜感知

主用戶發(fā)射端檢測(cè)方法

二、單用戶頻譜感知使用靜態(tài)閾值，信噪比較低的環(huán)境中性能較差主用戶發(fā)射端檢測(cè)方法帶通濾波器A/D采樣平方模塊積分器門限比較判決λs(t)計(jì)算復(fù)雜度低，應(yīng)用廣泛1.能量檢測(cè)二、單用戶頻譜感知主用戶發(fā)射端檢測(cè)方法帶通濾波器混頻器判決輸入A/D轉(zhuǎn)換乘法器本地振蕩器N個(gè)抽樣求和λ

2.匹配濾波器檢測(cè)次級(jí)用戶已知主用戶信息有用信號(hào)s（t）

主用戶信息不準(zhǔn)會(huì)導(dǎo)致匹配濾波器檢測(cè)出錯(cuò)相干性

短的時(shí)間和接收樣本獲得高增益

二、單用戶頻譜感知帶通濾波器混頻器特征檢測(cè)輸入r（t）A/D轉(zhuǎn)換FFT本地振蕩器時(shí)間上取平均輸出3.循環(huán)平穩(wěn)特征檢測(cè)主用戶發(fā)射端檢測(cè)方法不需預(yù)知主用戶信息低信噪比條件下檢測(cè)性能更好復(fù)雜度較高，且需要更長(zhǎng)的感知時(shí)間單用戶頻譜感知協(xié)作頻譜感知0302基本概念01結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)時(shí)性好廣泛應(yīng)用三、協(xié)作頻譜感知第一階段次級(jí)用戶完成本地感知并上報(bào)本地感知結(jié)果至融合中心；第二階段融合中心根據(jù)融合準(zhǔn)則生成最終判決并下發(fā)至每個(gè)次級(jí)用戶。1.集中式協(xié)作頻譜感知衛(wèi)星認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)主用戶網(wǎng)絡(luò)次級(jí)用戶1次級(jí)用戶2次級(jí)用戶3干擾接收機(jī)不確定性多徑陰影和衰落主用戶接收機(jī)三、協(xié)作頻譜感知AND準(zhǔn)則

OR準(zhǔn)則

K/N準(zhǔn)則

硬判決減少對(duì)主用戶不存在的誤判，發(fā)現(xiàn)主用戶存在能力弱虛警概率升高檢測(cè)概率和虛警概率的偏向性緩解1.集中式協(xié)作頻譜感知（1）硬判決融合準(zhǔn)則

1.集中式協(xié)作頻譜感知三、協(xié)作頻譜感知（1）硬判決融合準(zhǔn)則最大比合并

1.集中式協(xié)作頻譜感知三、協(xié)作頻譜感知（2）軟判決融合準(zhǔn)則等增益合并消耗更多的傳輸帶寬和傳輸時(shí)間，融合中心需要承擔(dān)更多的計(jì)算負(fù)載，影響了感知的實(shí)時(shí)性2.分布式協(xié)作頻譜感知三、協(xié)作頻譜感知（1）一致性融合算法（2）置信傳播算法（3）擴(kuò)散算法在分布式協(xié)作頻譜感知中，融合方法是重點(diǎn)

本地感知+一跳鄰居交互+迭代2.分布式協(xié)作頻譜感知三、協(xié)作頻譜感知（1）一致性融合算法（2）置信傳播算法（3）擴(kuò)散算法在分布式協(xié)作頻譜感知中，融合方法是重點(diǎn)馬爾可夫隨機(jī)場(chǎng)次級(jí)用戶將自己的邊緣概率分布傳遞給鄰居用戶迭代2.分布式協(xié)作頻譜感知三、協(xié)作頻譜感知（1）一致性融合算法（2）置信傳播算法（3）擴(kuò)散算法在分布式協(xié)作頻譜感知中，融合方法是重點(diǎn)權(quán)重加權(quán)傳遞頻譜感知算法優(yōu)勢(shì)缺點(diǎn)能量檢測(cè)易于實(shí)現(xiàn)不需要主用戶信號(hào)的先驗(yàn)信息受噪聲影響大匹配濾波器檢測(cè)感知精度高可實(shí)現(xiàn)理論最優(yōu)性能需要先驗(yàn)信息對(duì)于不同信號(hào)濾波器不同循環(huán)平穩(wěn)特征檢測(cè)感知精度高復(fù)雜度高感知時(shí)間長(zhǎng)干擾溫度檢測(cè)頻譜共享靈活適合大規(guī)模感知網(wǎng)絡(luò)干擾溫度易波動(dòng)干擾門限難確定本振泄露功率檢測(cè)對(duì)高頻率、弱信號(hào)檢測(cè)效果好需要主用戶周圍分布大量傳感器集中式協(xié)作頻譜感知結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低可靠性低需要同步分布式協(xié)作頻譜感知結(jié)構(gòu)靈活，不需要融合中心數(shù)據(jù)交互過(guò)程復(fù)雜易受惡意用戶攻擊小結(jié)課后作業(yè)如何進(jìn)行頻譜感知？無(wú)法檢測(cè)到主用戶信號(hào)，甚至可能干