OFDM混合調(diào)制信號(hào)在認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

摘要：對(duì)OFDM混合調(diào)制信號(hào)進(jìn)行了譜相關(guān)分析，并將其應(yīng)用到認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中。在采用OFDM混合調(diào)制信號(hào)傳輸?shù)?a class="contentlabel" href="http://www.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/認(rèn)知">認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中，利用信號(hào)的循環(huán)平穩(wěn)特性可以快速識(shí)別出信道空閑、認(rèn)知信號(hào)傳輸、主用戶信號(hào)傳輸和兩種信號(hào)混疊這四種狀態(tài)，為認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中認(rèn)知信號(hào)的快速可靠接入和退出提供了保障。進(jìn)一步利用混合調(diào)制的位置來(lái)標(biāo)記不同的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)，認(rèn)知節(jié)點(diǎn)可以區(qū)分不同認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。在提出的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模型中，傳輸和接收設(shè)備較簡(jiǎn)單，而且不需專門(mén)的信道來(lái)傳輸控制命令，節(jié)約了帶寬。仿真結(jié)果顯示，在認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中，該模型可以提高頻譜利用率，使通信系統(tǒng)的性能得到改善。
關(guān)鍵詞：OFDM混合調(diào)制信號(hào)；認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)；循環(huán)譜；二階循環(huán)平穩(wěn)特性；認(rèn)知節(jié)點(diǎn)；循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)

0 引言
認(rèn)識(shí)網(wǎng)絡(luò)可以提供動(dòng)態(tài)頻譜的接入，充分利用頻譜資源，對(duì)頻譜進(jìn)行有效的管理。認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)通過(guò)調(diào)整自身信號(hào)的調(diào)制參數(shù)來(lái)充分利用空閑的頻譜資源，借用主用戶的授權(quán)頻段進(jìn)行通信。通常在一個(gè)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)主用戶和多個(gè)認(rèn)知用戶共用一個(gè)頻段，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)來(lái)建立起網(wǎng)絡(luò)用戶間的通信。認(rèn)知用戶利用空閑頻段進(jìn)行通信，而這一空閑頻段是無(wú)法預(yù)測(cè)的，受到主用戶通信的影響。
在主用戶和認(rèn)知用戶頻譜動(dòng)態(tài)接人中，普遍存在兩大困難：一是快速發(fā)現(xiàn)空白信道，進(jìn)而建立起認(rèn)知用戶通信；二是維持認(rèn)知用戶通信的連貫性，同時(shí)避免對(duì)主用戶信號(hào)通信產(chǎn)生影響。文獻(xiàn)通過(guò)指定一個(gè)共用的控制信道達(dá)到網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)，但是這一方式需要占用一段頻譜資源，而且需要與主用戶網(wǎng)絡(luò)協(xié)商進(jìn)行通信，影響到了主用戶的傳輸。文獻(xiàn)提出增加信號(hào)報(bào)頭內(nèi)容的方法，但是這一個(gè)方式增加了通信設(shè)備的復(fù)雜度，并且降低了信息的傳輸速率。文獻(xiàn)利用信號(hào)的循環(huán)平穩(wěn)特性對(duì)認(rèn)知信號(hào)進(jìn)行區(qū)分，利用頻譜的對(duì)稱性設(shè)計(jì)出一種新的循環(huán)平穩(wěn)特性，但是信號(hào)識(shí)別的可靠性較差，更無(wú)法可靠地識(shí)別出兩信號(hào)混疊的現(xiàn)象，而且子信道進(jìn)行二次調(diào)制(形成對(duì)稱調(diào)制)，產(chǎn)生了帶寬的浪費(fèi)。文獻(xiàn)中分別在特定通信環(huán)境下利用信號(hào)的四階平穩(wěn)循環(huán)特性進(jìn)行信號(hào)的識(shí)別，但是算法復(fù)雜。
本文提出的在認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中利用OFDM混合調(diào)制信號(hào)傳輸模型可以可靠快速地區(qū)分信道中的四種不同狀態(tài)；該模型僅改變一路或多路子信道的調(diào)制方式，對(duì)現(xiàn)有的發(fā)送和接收設(shè)備不會(huì)有太大的改變，設(shè)備較簡(jiǎn)單；利用信號(hào)的二階循環(huán)平穩(wěn)特性來(lái)區(qū)分信道中的四種狀態(tài)，算法快速收斂，避免了利用高階循環(huán)平穩(wěn)特性算法復(fù)雜的問(wèn)題。

1 循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)的分析
一般情況下，要調(diào)制的信息通常為平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程，信息經(jīng)過(guò)周期調(diào)制(如三角載波。脈沖序列等)以后，調(diào)制信號(hào)變?yōu)檠h(huán)平穩(wěn)信號(hào)。一個(gè)復(fù)信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)定義如下：

如果函數(shù)在時(shí)域t上，相對(duì)于時(shí)移τ存在一個(gè)周期或者多個(gè)周期，則稱信號(hào)為循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)。對(duì)于循環(huán)平穩(wěn)或者多周期循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)，信號(hào)自相關(guān)函數(shù)的傅里葉級(jí)數(shù)表達(dá)形式為：

為信號(hào)的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)，其中Z為時(shí)間總長(zhǎng)度，信號(hào)自相關(guān)函數(shù)Rxx(t，τ)的傅里葉級(jí)數(shù)α包含了一切循環(huán)自相關(guān)函數(shù)*****不為零的情況。對(duì)應(yīng)地給出信號(hào)共軛自相關(guān)函數(shù)與共軛循環(huán)自相關(guān)函數(shù)的定義：

循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)譜的相關(guān)函數(shù)與共軛譜的相關(guān)函數(shù)分別是信號(hào)循環(huán)自相關(guān)函數(shù)與共軛循環(huán)自相關(guān)函數(shù)的傅里葉變換，即：

對(duì)于一個(gè)二階循環(huán)平穩(wěn)的信號(hào)，譜相關(guān)是信號(hào)最為重要的特征。如果信號(hào)存在循環(huán)平穩(wěn)特性，那么在頻域上頻譜平移相應(yīng)位置后也會(huì)存在相關(guān)性。

2 OFDM信號(hào)的譜相關(guān)分析
OFDM信號(hào)可以看作是由N路數(shù)字調(diào)制的子信道組成，信號(hào)可以表達(dá)為：

式中：fc為載波頻率；w(t)為N路子信號(hào)復(fù)合后的復(fù)包絡(luò)。w(t)可以表示為：

式中：γn，k為獨(dú)立同分布的信息碼元序列(γn，k是第k個(gè)OFDM碼元中第n個(gè)子信道的調(diào)制碼元)；N為子信道數(shù)量；q(t)是脈寬為T(mén)的矩形脈沖；Ts為OFDM信息碼元周期；Tg為碼元保護(hù)間隔，即循環(huán)前綴；T=Ts+T0。