认知无线电技术 第2版PDF电子书下载

第1章 认知无线电技术的历史和背景 1

1.1认知无线电前景 1

1.2认知无线电产生的历史和背景 1

1.3软件定义无线电简要历史 3

1.4基本SDR 6

1.4.1 SDR硬件体系结构 6

1.4.2 SDR中计算处理资源 8

1.4.3 SDR软件体系结构 10

1.5认知无线电 11

1.5.1认知无线电中的Java反射 11

1.5.2认知无线电中的智能天线 12

1.5.3政策引擎 12

1.6频谱管理 13

1.6.1非授权频谱管理 14

1.6.2噪声叠加 15

1.6.3聚集频谱需求和使用转租方法 16

1.6.4优先接入 16

1.7美国政府在认知无线电发展中的作用 17

1.7.1 DARPA 17

1.7.2 FCC 17

1.7.3 NSF/CSTB研究 17

1.8智能程度 18

1.9本书组织结构 19

参考文献 21

第2章 通信政策和频谱管理 22

2.1引言 22

2.2推动认知无线电发展的技术 22

2.3频谱接入新机会 25

2.3.1当前频谱接入技术 25

2.3.2机会式频谱接入 29

2.3.3动态频率选择 31

2.4认知无线电的政策挑战 31

2.4.1动态频谱接入 32

2.4.2安全性 34

2.4.3认知无线电之前的通信政策 35

2.4.4认知无线电对通信政策的影响 35

2.4.5美国通信政策开始于泰坦尼克号 36

2.4.6美国通信政策：与技术同步 37

2.5通信政策和技术对监管制度的影响 38

2.5.1基本几何结构 38

2.5.2动态政策介绍 40

2.5.3政策驱动的设备介绍 41

2.5.4干扰避免 42

2.5.5综合影响 42

2.6认知无线电全球政策 43

2.6.1全球兴趣 43

2.6.2美国对认知无线电实现动态频谱接入的看法 45

2.7小结 48

习题 49

参考文献 49

第3章 认知无线电平台：软件定义无线电 51

3.1引言 51

3.2硬件体系结构 52

3.2.1框图 53

3.2.2基带处理器引擎 57

3.2.3基带处理配置 59

3.2.4多核系统和片上系统 61

3.3软件体系结构 61

3.4 SDR开发和设计 64

3.4.1 GNURadio 64

3.4.2软件通信体系结构 64

3.5应用 73

3.6开发 75

3.6.1组件开发 75

3.6.2波形开发 76

3.7认知波形开发 77

3.8小结 78

参考文献 79

第4章 认知无线电所需技术 80

4.1引言 80

4.2无线电灵活性及无线电功能 80

4.2.1无线电灵活性和无线电功能的持续发展 81

4.2.2软件可支持无线电举例 82

4.2.3软件可编程无线电举例 83

4.2.4 SDR举例 84

4.3意识无线电、自适应无线电和认知无线电 85

4.3.1意识无线电 85

4.3.2自适应无线电 85

4.3.3认知无线电 86

4.4无线电功能和特点的比较 87

4.5认知无线电可用技术 87

4.5.1地理定位 88

4.5.2频谱感知/频率占用 88

4.5.3生物测定 88

4.5.4时间 89

4.5.5空间意识或情景意识 90

4.5.6软件技术 90

4.5.7频谱意识及租借潜力 94

4.6对认知无线电的资助和研究 95

4.6.1认知地理定位应用 95

4.6.2动态频谱接入和频谱意识 97

4.6.3会合问题 100

4.6.4认知无线电认证应用 101

4.7认知无线电发展历程 102

4.7.1决策、方向和标准 103

4.7.2新产品生产 103

4.8 CR相关技术的更新 103

4.8.1传感器和基础设施 103

4.8.2 PHY、 MAC和网络层 104

4.8.3推理器 104

4.8.4政策 105

4.8.5硬件和演示 105

4.9小结 106

习题 107

参考文献 107

第5章 频谱意识与频谱接入研究 109

5.1动态频谱意识和频谱接入的目标 109

5.2频谱意识和接入的先期工作 109

5.3端到端的DSA实现例子 111

5.4动态频谱意识 112

5.4.1频谱环境特征化总结 112

5.4.2信号带宽频谱环境特征化 113

5.4.3前端能量分布和前端非线性的重要性 116

5.5前端线性管理 122

5.5.1实验数据的前端线性表示 124

5.5.2前端线性管理算法和方法 127

5.5.3前端线性管理的优势 130

5.6动态频谱接入目标 133

5.6.1抗干扰工作 136

5.6.2抗干扰DSA 139

5.7频谱覆盖管理目标 140

5.8网络级决策 142

5.8.1 DSA驱动的动态带宽拓扑 143

5.8.2 DSA驱动的动态拓扑和网络组织 143

5.9小结 144

习题 145

参考文献 145

第6章 认知政策引擎 148

6.1无线电政策管理展望 148

6.2背景和定义 148

6.3频谱政策 149

6.3.1频谱政策管理 150

6.3.2频谱政策管理的系统要求 150

6.4认知政策管理先例 151

6.4.1 DARPA的政策管理计划 151

6.4.2政策管理的学术研究 152

6.4.3政策管理的商业应用 153

6.4.4政策管理的标准化工作 154

6.5无线电政策引擎体系结构 156

6.5.1政策引擎工作概念 156

6.5.2政策管理的技术方法 157

6.5.3驱动技术 159

6.6政策引擎与认知无线电的集成 160

6.6.1软件通信体系结构集成 160

6.6.2政策引擎设计 161

6.6.3无线电与网络政策管理体系结构的集成 163

6.7认知政策管理的未来 164

6.7.1认知政策管理的军事机会 165

6.7.2频谱管理的商业机会 166

6.7.3采用政策管理体系结构的障碍 166

6.8小结 167

参考文献 167

第7章 物理层和链路层认知技术 170

7.1引言 170

7.2当前信道条件下物理层和链路层的多目标优化 170

7.3认知无线电的定义 171

7.4建立无线电控制和性能测量 172

7.4.1物理层和链路层参数 173

7.4.2将结果建模为主要目标 175

7.5 MODM理论及其在认知无线电中的应用 177

7.5.1 MODM定义及其基本表示 178

7.5.2约束建模 178

7.5.3 Pareto最优化前沿：找到不受支配解 178

7.5.4无线电环境是一个MODM问题 179

7.5.5 MODM求解的GA方法 180

7.6用于认知无线电的多目标遗传算法 184

7.6.1认知环 184

7.6.2将无线电参数表示成染色体基因 187

7.6.3染色体的多维分析 188

7.6.4相对聚池锦标赛选择 190

7.6.5 WSGA举例 190

7.7高级遗传算法技术 193

7.7.1种群初始化 193

7.7.2以先前观测到的解启动GA 194

7.7.3 GA的CBDT初始化 194

7.8高层智能需求 196

7.8.1自主调整参数来实现目标 196

7.8.2奖励好的行为以及惩罚差的行为 196

7.9智能计算机的工作方式 198

7.9.1感知和环境意识 198

7.9.2决策和优化 199

7.9.3案例学习 199

7.9.4权重和目标函数 199

7.9.5分布式学习 199

7.10小结 200

参考文献 201

第8章 认知技术：位置意识 204

8.1引言 204

8.2无线电地理定位和时间业务 204

8.2.1全球定位系统 205

8.2.2坐标系变换 207

8.3网络定位 208

8.3.1空间变化网络业务可用性 208

8.3.2地理定位驱动的路由 209

8.3.3各种功能 210

8.4地理定位的其他方法 210

8.4.1基于时间的方法 210

8.4.2到达角方法 214

8.4.3接收信号强度方法 215

8.5基于网络的方法 216

8.6边界判决 216

8.6.1监管区域选择 216

8.6.2政策服务器及区域 219

8.6.3边界判决的其他用处 219

8.7蜂窝电话911为急救人员提供地理定位举例 219

8.8与其他认知技术的接口 220

8.8.1政策引擎接口 220

8.8.2组网功能接口 220

8.8.3计划引擎接口 221

8.8.4用户接口 221

8.9小结 221

习题 222

参考文献 222

第9章 认知技术：三种网络意识 223

9.1引言 223

9.2应用及其要求 223

9.3网络意识：协议 225

9.3.1动态协议组成 225

9.3.2动态协议组成的特征交互 226

9.3.3认知控制 227

9.4边缘网络技术情景意识协议 228

9.5网络意识：节点功能和协作 229

9.6无线电分布式系统：无线电小组 230

9.6.1维护一条协作信道 231

9.6.2小组内分布式工作 231

9.6.3分布式学习环境 231

9.7网络意识：用于自布局的节点位置和认知 232

9.8小结 233

习题 233

参考文献 233

第10章 用户认知业务 236

10.1引言 236

10.2语音和语言处理 237

10.2.1说话人识别 237

10.2.2语言辨认 243

10.2.3文语转换 243

10.2.4语文转换 244

10.2.5机器翻译 245

10.2.6背景噪声抑制 245

10.2.7语音编码 246

10.2.8说话人变异音特征化 247

10.2.9噪声特征化 247

10.3门房业务 248

10.4小结 249

参考文献 250

第11章 网络支持：无线电环境地图 252

11.1引言 252

11.2 REM：提供CR网络支持的工具 253

11.2.1内部和外部网络支持 253

11.2.2 REM介绍 254

11.2.3 REM在认知环中的作用 255

11.3利用REM获得认知能力：一种系统综合的方法 255

11.3.1意识：认知无线电的先决条件 256

11.3.2意识分类 257

11.3.3通过REM获得SA：一种综合的、有成本效益的方法 259

11.3.4 REM驱动的认知引擎的结构 261

11.4 REM高层系统设计 262

11.4.1 REM分类 262

11.4.2 REM数据库设计指南 262

11.4.3实现REM的技术 266

11.4.4 REM的支撑元素 267

11.4.5 REM和认知引擎之间的API 270

11.4.6 REM分发方案和负荷分析 271

11.5网络支持场景和应用 273

11.5.1基于基础设施的网络和中心式全局REM 273

11.5.2 Ad hoc网络和分布式本地REM 274

11.6 REM在认知无线网络中的应用举例 276

11.6.1 REM应用于802.22WRAN 276

11.6.2 REM应用于ad hoc频谱共享网络 279

11.7小结与待研究问题 281

习题 282

参考文献 283

第12章 认知研究：知识表示与学习 286

12.1引言 286

12.2知识表示和推理 289

12.2.1符号表示 290

12.2.2本体论和框架系统 292

12.2.3行为表示 293

12.2.4案例推理 293

12.2.5规则系统 295

12.2.6时间知识 296

12.2.7知识表示小结 297

12.3机器学习 298

12.3.1 记忆 298

12.3.2分类器 299

12.3.3贝叶斯逻辑 300

12.3.4决策树 300

12.3.5强化学习 301

12.3.6时间差分法 303

12.3.7神经网络 304

12.3.8遗传算法 305

12.3.9仿真与博弈 306

12.4实现考虑 306

12.4.1计算要求 306

12.4.2脆弱性和边界条件 306

12.4.3可预测行为 306

12.5小结 307

习题 309

参考文献 309

第13章 本体论在认知无线电中的作用 311

13.1基于本体论的无线电概述 311

13.2认知无线电的知识密集性 311

13.2.1约束和要求知识 312

13.2.2信息收集和融合 313

13.2.3情景意识和建议 313

13.2.4自意识 313

13.2.5用户、自身或者其他无线电的查询 314

13.2.6查询响应和命令执行 314

13.2.7资源协商 314

13.2.8协议栈各个层的动态互用性 314

13.3本体论及其在认知无线电中的作用 315

13.3.1基础 315

13.3.2本体语言 316

13.3.3查询 317

13.3.4推理 318

13.3.5本体论在知识密集应用中的作用 319

13.4分层本体和参考模型 319

13.4.1物理层本体 319

13.4.2数据链路层本体 321

13.5例子 325

13.5.1对时延或误差的响应 325

13.5.2训练序列长度调整 326

13.5.3数据链路层协议一致性和选择 328

13.6待解决研究问题 328

13.6.1本体开发和统一 329

13.6.2本体映射 329

13.6.3学习 330

13.6.4推理的有效性 330

13.7小结 331

习题 332

参考文献 332

第14章 认知无线电体系结构 335

14.1引言 335

14.1.1使用案例演化 335

14.1.2本章结构 336

14.2 CRA-Ⅰ：功能、组件和设计规则 337

14.2.1认知无线电功能组件体系结构 337

14.2.2设计规则包括功能组件接口 340

14.2.3近期实现 343

14.2.4认知组件 344

14.2.5自指示组件 348

14.2.6组件体系结构的灵活功能 349

14.3 CRA-Ⅱ：认知环 350

14.3.1认知环 351

14.3.2观测（感知和感觉） 352

14.3.3定向 352

14.3.4计划 353

14.3.5决策 353

14.3.6行动 353

14.3.7学习 354

14.3.8自监视 354

14.4 CRA-Ⅲ：推断等级 355

14.4.1原子激励 356

14.4.2本原序列：词和死区 357

14.4.3基本序列 357

14.4.4 CRA推断等级中的NL 357

14.4.5用于场景解释的观测-定向链路 359

14.4.6用于无线电技能集合的观测-定向链路 360

14.4.7普通世界知识 361

14.5 CRA-ⅣV：体系结构映射 362

14.5.1 CRA拓扑映射 363

14.5.2 CRA对自身、所有者和归属网络的识别 363

14.5.3 CRA强化等级序列 364

14.5.4 CRA中的行为 364

14.5.5从映射到API 365

14.5.6工业级推断等级 366

14.6 CRA-V：在SDR体系结构上构造CRA 367

14.6.1 SWR和SDR原理概述 367

14.6.2无线电体系结构 369

14.6.3 SC A 370

14.6.4无线电功能转换模型 373

14.6.5体系结构演化：从SDR到CR 374

14.6.6认知电子学 374

14.6.7无线电何时向认知转换 374

14.6.8无线电向CRA演化 376

14.7认知体系结构研究课题 376

14.8工业级CR设计规则 376

14.9小结及后续研究方向 378

习题 379

参考文献 379

第15章 认知无线电性能分析 381

15.1引言 381

15.2分析问题 383

15.2.1 CR网络标准模型 384

15.2.2分析目标 385

15.3传统工程分析技术 387

15.3.1动态系统方法 387

15.3.2压缩映像和一般收敛定理 391

15.3.3马尔可夫模型 394

15.4博弈论用于分析问题 396

15.4.1博弈论基本元素 397

15.4.2博弈基本元素与认知环的映射 398

15.4.3基本博弈模型 398

15.4.4博弈论基本分析技术 399

15.5相关博弈模型 403

15.5.1潜博弈 403

15.5.2超模博弈 411

15.5.3博弈论对CR网络的价值 415

15.6小结 418

习题 419

参考文献 420

第16章 多天线系统中的认知无线电 422

16.1引言 422

16.2多天线技术 422

16.2.1多天线系统 422

16.2.2重要准则 425

16.3 MA系统中的认知能力 428

16.3.1 MA系统中的CR结构 428

16.3.2无线电环境观测 430

16.3.3多天线系统中的认知引擎 433

16.4在下一代无线通信中的应用 436

16.5小结 437

参考文献 437

第17章 认知无线电政策语言和政策引擎 439

17.1引言 439

17.2基于政策的方法的优点 441

17.3下一代频谱政策体系结构 442

17.4政策语言和引擎设计 444

17.4.1政策语言设计 444

17.4.2政策引擎设计考虑 445

17.5 SRI频谱政策语言 446

17.5.1本体论 448

17.5.2表示方式说明 450

17.5.3政策举例 450

17.5.4请求与回复 451

17.5.5频谱政策语言小结 452

17.6 SRI政策引擎 452

17.6.1带有约束的推理 453

17.6.2 Maude实现 454

17.7 SRI政策引擎演示 459

17.7.1 SRI政策工具 459

17.7.2实验结果 463

17.8经验和未来工作 464

17.8.1经验之谈 464

17.8.2未来工作 465

17.9小结 466

参考文献 466

第18章 基于谱相关的频谱感知 468

18.1引言 468

18.1.1认知无线电：意识和自适应 468

18.1.2谱相关简介 469

18.1.3频谱感知考虑因素 469

18.1.4频谱感知方法 472

18.1.5典型例子 475

18.1.6本章结构 477

18.2通信信号统计特征 477

18.2.1平稳信号和非平稳信号 477

18.2.2循环自相关函数 478

18.2.3谱相关函数 478

18.2.4复值信号扩展 479

18.2.5谱相干 479

18.2.6主要统计特性 480

18.2.7有效统计估计方法 482

18.3基于谱相关的频谱感知 484

18.3.1循环频率检测 484

18.3.2联合循环频率检测 485

18.3.3谱相关匹配：循环检测器 485

18.3.4与其他感知方法的联系 486

18.4现代通信信号中的应用 487

18.4.1构建感知算法的一般方法 487

18.4.2 ATSC DTV 487

18.4.3 CDMA信号族 489

18.4.4蜂窝TDMA信号族 491

18.4.5 GSM信号族 492

18.4.6 IEEE 802.11 b： DSSS和CCK 494

18.4.7 IEEE 802.11a/g： OFDM 497

18.5总结 499

习题 500

参考文献 500

第19章 认知无线电网络的会合 504

19.1引言 504

19.2使用控制信道 505

19.3盲会合 506

19.3.1随机会合 507

19.3.2基于序列的会合 507

19.4链路维护和主用户的影响 510

19.5总结 510

参考文献 511

第20章 频谱消耗模型 512

20.1引言 512

20.2协调DSA及频谱管理 513

20.2.1频谱管理的持久目标 513

20.2.2动态频谱接入的前景 515

20.2.3政策的局限性 516

20.2.4管理DSA的挑战 517

20.2.5 DSA频谱管理的替代方法 517

20.3说明RF频谱权利的基于位置的方法 518

20.3.1 10个组件 518

20.3.2最大功率密度 520

20.3.3频谱消耗及信号空间建模 520

20.3.4传播模型 521

20.3.5功率建模 522

20.3.6用于功率和传播地图的方向向量 523

20.3.7位置建模 524

20.3.8最小、功率密度 525

20.3.9协议和政策 525

20.3.10时间模型 526

20.3.11发射机和接收机权利建模 526

20.3.12兼容性和计算兼容复用 527

20.4 LBSR的最优数据结构 531

20.4.1频谱和衬底掩模的传输编码 531

20.4.2方向向量的传输编码 532

20.4.3功率和传播值传输编码 534

20.4.4简明向量举例 535

20.5构建权利 537

20.5.1性能界限 537

20.5.2模型实例 540

20.6应用 542

20.6.1计算和优化频谱复用 542

20.6.2表达机器可读的政策 542

20.6.3动态频谱管理 542

20.6.4二级频谱市场 543

20.7未来研究和工作 544

20.8小结 544

参考文献 545

第21章 认知无线电自适应调整协议 546

21.1引言 546

21.2调制 546

21.3差错控制码 548

21.4编码-调制库的性能评估 548

21.5编码-调制库的一个特殊子集 551

21.6接收机统计量 552

21.7初始功率调整 553

21.7.1初始功率调整概述 554

21.7.2初始功率调整协议描述 555

21.7.3 P-ADJ协议性能评估 556

21.7.4无约束功率系统的性能结论 558

21.7.5 有功率限制系统的性能结论 560

21.7.6初始功率调整所需时间 561

21.8自适应传输 561

21.9动态信道的协议吞吐量性能 563

21.9.1时变传播损耗 564

21.9.2时变干扰 565

21.10小结 567

习题 568

参考文献 568

第22章 认知网络 570

22.1引言 570

22.2当前认知网络的研究 573

22.2.1观测 575

22.2.2定向 576

22.2.3决定 578

22.2.4行动 579

22.3研究空白和未来研究方向 580

22.4小结 582

参考文献 583

第23章 IEEE标准在下一代无线电以及动态频谱发展中的作用 585

23.1引言 585

23.2定义与术语 588

23.3 IEEE标准活动概述 590

23.4 IEEE802认知无线电的有关活动 592

23.4.1 802.22的参考体系结构 594

23.4.2 802.22 PHY层概述 596

23.4.3 802.22 MAC层概述 598

23.5 IEEE SCC41：动态频谱接入网络 599

23.5.1 IEEE P1900.1： NG无线电系统和频谱管理的术语以及概念 599

23.5.2 IEEE P1900.2：对干扰和共存分析的建议措施 600

23.5.3 IEEE P1900.3：对SDR软件模块一致性评估的建议措施 600

23.5.4 IEEE P1900.4：体系结构构建模块驱动的用于优化无线电资源使用的网络设备分布式决策 601

23.5.5 P1900.5：管理用于DSA的CR的政策语言 601

23.5.6对P1900.4标准的细节补充 601

23.6新产品和新系统的潜力 609

23.6.1商业 610

23.6.2美国国防部 610

23.7小结 611

参考文献 611

第24章 难题 613

24.1引言 613

24.2 CR技术总结与讨论 613

24.3基础设施为无线网络提供的业务 618

24.3.1具有认知功能的单机无线电 619

24.3.2蜂窝基础设施对认知的支持 619

24.3.3数据无线电 620

24.3.4基础设施提供的认知业务 621

24.3.5待解决难题 622

参考文献 622

术语表 623