Физические архитектуры когнитивного радио
Основные компоненты когнитивной приемопередатчика являются внешний радио и блок обработки основной полосы частот. Каждый компонент может быть изменен через шину управления, чтобы адаптироваться к изменяющейся во времени РЧ среде. В переднем конце РЧ, принимаемый сигнал усиливается, перемешивают и пропускают через А / Ц преобразователь. В блоке обработки модулирующего сигнал модулируется / демодулируется и кодировать / декодировать. Обработки модулирующего единица когнитивного радио аналогично существующих приемопередатчиков.
Важная характеристика познавательной приемопередатчики является широкополосной возможностью зондирования его переднего конца РЧ. Эта функция в основном связана с технологиями РЧ оборудования, таких как широкополосные антенны, усилители мощности, и адаптивных фильтров. РЧ оборудования для когнитивного радио должны быть способны настройки в любом сегменте в широком диапазоне спектра. Такое зондирование спектр позволяет проводить измерения в режиме реального времени информации спектра от окружающей среды радио. Как правило, передний конец архитектуры широкая полоса из когнитивного радио показано на рисунке 1. имеет следующие структуры
Малошумящий усилитель (LNA)- LNA усиливает полезный сигнал и одновременно сводит к минимуму составляющую шума.
РЧ-фильтр- ВЧ-фильтр выбирает нужный диапазон с помощью полосового фильтра на приемник.
Смеситель- Смеситель умножает принимаемый сигнал на локально сгенерированный РЧ сигнал и преобразует его в основной полосе частот или промежуточной частоты (IF).
Генератор, управляемый напряжением (ГУН)- ГУН генерирует синусоиду умножить полученный сигнал и преобразует его в любом IF или основной полосы частот сигнала.
фазовая автоподстройка частоты (PLL)- Основной задачей системы ФАПЧ должна гарантировать, что сигнал заблокирован на определенной частоте и генерировать точные частоты с высоким разрешением.
Фильтр выбор канала- Фильтр выбора канала используется для выбора желаемого канала и исключать другие нежелательные каналы.
Автоматическая регулировка усиления (AGC)- AGC используется для поддержания постоянного уровня мощности выхода усилителя в широком диапазоне уровней входных сигналов.
Рисунок 1. Физическая архитектура когнитивного радио
В этой архитектуре, широкополосный сигнал поступает через передний конец РЧ,
пробы на аналого-цифровой (A / D) преобразователя высокой скорости, и выполняется измерения для обнаружения сигнала лицензированного пользователя. Тем не менее, существуют некоторые ограничения в развитии когнитивного радио передний конец. Широкополосные РЧ антенны принимают сигналы от различных передатчиков, работающих на различных уровнях мощности, ширины полосы и места. В результате, передний конец РЧ должен иметь возможность обнаруживать слабый сигнал в большом динамическом диапазоне. Тем не менее, для этой возможности требуется высокая скорость A/D конвертер с высоким разрешением, которые не могут быть осуществимым.
Требование высокой скорости A / D преобразователя требует динамический диапазон
сигнала чтобы уменьшен до A/D преобразования. Это снижение может быть достигнуто с помощью фильтрации сильные сигналы. С сильные сигналы могут быть расположены в любом месте в широком диапазоне спектра, настраиваемые режекторные фильтры необходимы для восстановления. Другой подход заключается в использовании нескольких антенн так, что фильтрация сигнала выполняется в пространственной области, а не в частотной области. Несколько антенн могут быть использованы, чтобы принимать сигналы выборочно с использованием методов формирования луча.
Как показано выше, ключевой задачей физической архитектуры когнитивного
радио точное обнаружение слабых сигналов лицензированных пользователей в широком диапазоне спектра. Таким образом, реализация переднего конца РЧ -широкополосный и A / D конвертер являются важным вопросом в области когнитивного радио.
Сканирование спектра
МЕТОДЫ ЗОНДИРОВАНИЯ СПЕКТРА
Существует несколько методов сканирование спектра как
Сканирование на основе согласованных фильтров
Энергетическое сканирование
Цикло-стационарное сканирование
Сканирование на основе согласованных фильтров
Оптимальный способ для любого сигнала детектирования соответствует способ фильтра, так как он увеличивает отношение сигнал-шум для принимаемого сигнала. Тем не менее, согласованный фильтр требует эффективную демодуляцию сигнала первичного пользователя. Это означает, что когнитивное радио имеет априорного знания типа модуляции и порядок, формирование импульса, формат пакета и т.д., первичного сигнала пользователя. Такая информация может быть предварительно сохранены в памяти когнитивного радио. Задача, заключается в демодуляции, она должна достичь согласованности с первичным сигналом пользователя, выполняя по временный, так и по синхронизации несущей и выравнивание канала. Это все еще может быть возможно с пилотов, преамбул, слов синхронизации или кодов расширения, которые могут быть использованы для когерентного детектирования. существенным недостатком метода обнаружения сигнала с помощью согласованного фильтра является то, что когнитивное радио потребует специальный приемник для каждого основного класса пользователя. Таким образом, сложность метода обнаружения сигнала с помощью согласованного фильтра его очень трудно реализовать как блок сканирование спектра в когнитивном радио.
Энергетическое сканирование
Один из подходов к упрощению способа согласованной фильтрации состоит в выполнение некогерентное обнаружение с использованием метода обнаружения энергии. Детектор энергии может быть реализован аналогично анализатора спектра путем усреднения частотным участкам быстрого преобразования Фурье (FFT), как показано на рисунке2.
Рисунок 2. Реализация детектора энергии
Выигрыш при обработке пропорционален размеру N FFT и времени усреднения T. Увеличение N улучшает частотное разрешение, которое облегчает обнаружение узкополосного сигнала. Кроме того, более длительное время в среднем снижает мощность шума, тем самым увеличивая отношение сигнал-шум. Есть несколько недостатков энергетических детекторов, которые могут уменьшить их простота в реализации. Во-первых, порог, используемый для первичного обнаружения пользователя является очень восприимчивы (очень чувствителен)к неизвестным или изменяющимся уровнем шума. Даже если пороговое значение адаптивно, наличие какого-либо вмешательства в полосе будет путать детектора энергии. Also, in frequency selective fading it is not clear how to set the threshold with respect to channel. Во-вторых, детектор энергия не может отличить между модулированными сигналами, шумами и помехами. Поскольку он не может распознать помехи, он не может извлечь выгоду из адаптивной обработки сигналов для подавления помехи сигнала. Наконец, детектор энергии не работает для сигналов с расширенным спектром: прямая последовательность и скачкообразная перестройка частоты сигналов, для которых более сложные алгоритмы обработки сигналов, должны быть разработаны.
Цикло-стационарное сканирование
В общем модулированные сигналы в сочетании с синусоидальными несущими, импульсов, повторяющихся распространения, прыгая последовательности или циклические префиксы, которые приводят к встроенным периодичности. Несмотря на то, что данные это стационарный случайный процесс, модулированные сигналы характеризуются как цикло-стационарные, как их статистика, и автокорреляционная, периодичности во времени. Эта периодичность обычно вводится преднамеренно в формате сигнала, так что приемник может использовать его для: Оценка параметров, таких как фазы несущей, пульс времени, или направления прихода. Эта информация может быть использована для обнаружения случайного сигнала
с определенным типом модуляции на фоне шумов и других модулированных сигналов. Осуществление способа определения цикло-стационарной функции, как показано на рисунке 3.
Рисунок 3. Реализация цикло-стационарного детектора
Общий анализ стационарных случайных сигналов на основе автокорреляционной
функции и спектральной плотности мощности. С другой стороны, цикло-стационарные сигналы демонстрируют соотношение между широко разнесенными спектральными компонентами из-за спектральной избыточности, вызванной периодичности.
Уникальный характер спектральной резервирования делает выбор сигнала легче. Анализ сигналов в циклической спектральной области сохраняет фазы и частоты информации, связанные с временными параметрами в модулированных сигналов. В результате, перекрывающиеся характеристики в мощности спектра не перекрываются особенности в циклическом спектре. Различные сигналы модуляции, как BPSK, QPSK, и DQPSK, имеющие одинаковые функции спектральной плотности мощности могут иметь различные спектральные корреляционные функции. Кроме того, стационарный шум и помех сигналы не проявляют спектральную корреляцию.