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认知OFDM系统中基于能耗受限的频谱感知方法
摘要
随着移动通信技术的快速发展，频谱资源不断紧张。频谱感知技术成为解决频谱资源利用率低下的一种有力手段。基于能耗受限的频谱感知方法利用低能耗的感知技术提高频谱效率。本文介绍了OFDM系统和频谱感知技术，分析了基于能耗受限的频谱感知的原理和特点，然后讨论了两种常见的基于能耗受限的频谱感知方法：测量噪声级别方法和信道状态估计方法，分析了它们的优缺点和适用范围。最后，本文提出了未来基于能耗受限的频谱感知方法的发展方向。
关键词：OFDM；频谱感知；能耗受限；测量噪声级别；信道状态估计
引言
随着移动通信技术的快速发展，移动设备越来越智能化，移动应用越来越丰富。这使得越来越多的人需要使用无线通信来传输语音、视频、图像等数据。频谱资源日益紧张，如何提高频谱利用效率成为业界的重点关注的问题。频谱感知技术成为解决此问题的一种有力手段。
频谱感知技术是指在无线电通信中，通过侦测和识别无线电频段的利用情况，来实现对无线频谱资源的“课堂抢占”。感知技术的核心是在主/次用户的频谱需求之间取得平衡，使带宽利用率达到最优，真正实现智能化能源管理和节能减排。为了进一步提高频谱利用效率，本文介绍OFDM系统和基于能耗受限的频谱感知方法。
一、OFDM系统
OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）是一种多载波调制技术，是将高速数字数据流分为若干个低速流并采用多个正交子载波进行调制，其优点是抗多径效应强，频谱利用率高，适用于高速率数据传输。OFDM系统将频段划分为多个子载波，每个子载波的带宽较窄，但总带宽较宽，因此OFDM系统可以适应多变的信道环境和频谱资源不充分的情况，是目前很多通信系统（如WiFi，WiMAX，LTE等）的核心技术。
二、频谱感知技术
频谱感知技术可以提高频谱利用效率，具有很大的应用前景。频谱感知技术通过对周围环境进行频谱探测，实现对可用频带进行自适应选择，使频谱资源得到合理的利用。常用的频谱感知技术分为能量检测法、周期性监测法和协作式监测法三类。
能量检测法是侦测接收信号的信号强度大小，当该值超出某一个预设值时，判断该块信道空闲。
周期性监测法采用在固定时间内（如100ms）对信道持续感知的频率，统计每个时间段内发现的信号占用的时间比例，当占用比例超出预设值时，判断该信道被占用。
协作式监测法是指几个用户携手合作完成频谱探测，彼此协作，通过共同努力获取更多的频谱资源。
三、基于能耗受限的频谱感知方法
基于能耗受限的频谱感知方法是指在感知频段内的信号时，对于一定的能耗限制，利用低能量的感知技术提高频谱效率。这种方法在实现频谱感知的同时，降低了频谱感知的能耗消耗，是一种节能的方式。常见的基于能耗受限的频谱感知方法主要有测量噪声级别方法和信道状态估计法。
测量噪声级别方法是无需发送任何数据的一种频谱感知方法。它利用射频前端对噪声进行采样，从而获取相对精确的噪声水平。通过采集噪声样本并分析它们的平均值和方差，可以推导出当前信道的预测值，从而确定当前信道的状态。该方法的优点是使用较少的能量和较简单的硬件，但其精度不如其他方法高。
信道状态估计方法是利用已知的已知的数据，通过估计信道的状态，来获得增强的频谱感知。这种方法的优点是精度高，能够有效缩小误差。其主要缺点是需要较长的感知时间。
四、结论
本文介绍了OFDM系统和频谱感知技术，并分析了基于能耗受限的频谱感知的原理和特点。然后讨论了两种常见的基于能耗受限的频谱感知方法：测量噪声级别方法和信道状态估计方法，分析了它们的优缺点和适用范围。未来，基于能耗受限的频谱感知方法将更多涉及到硬件和算法的紧密结合，使用较为精确的感知技术，从而进一步提高频谱利用效率。
参考文献
[1]松瑞凯,高桥,伊藤,频谱感知技术研究综述[J].南华大学学报,2017(2):33-38.
[2]李娟,毛泽萍,基于能量检测的无线电频谱感知方法研究[J].韶关学院学报,2013(4):92-96.
[3]姚振华,刘起,钟耀华,基于OFDM的频域频谱感知技术实现研究[J].通信技术,2017(1):32-35.