以将第k个样点在第n时刻单位脉冲依次经过发送滤波器、信 道和接收滤波器后的接收信号滤除高斯白噪声后的值取绝对值，即|p[k，n] |，该取值的统 计幅值最大值及其所对应的样点取值范围作为第二个无线信道时域"指纹"特征参数。
[0038] 通过对r[k，n]进行傅里叶变换，我们将得到r[k，n]的二维快速傅里叶变换的频域 图。在频域图中寻找不同无线信道中的样本信道中心频率，不同信道中的样本中心频率具 有差异化特征，将该频率值f?作为第三个"指纹"特征参数，该参数为无线信道频域的特征参 数。
[0039] 综上所述，我们选取三个"指纹"识别特征参数，即两个时域参数一个频域参数，作 为通信场景下的无线信道的"指纹"识别指标。接收信号I r[k，n] |的幅值统计取值范围，滤 除噪声之后接收信号|p[k，n]|的统计幅值最大值及其对应的样点取值范围作为两个无线 信道时域"指纹"特征参数。接收信号频域图的样本中心频率f为无线信道的频域"指纹"特 征参数。
[0040] 构建具有"指纹"识别功能的认知无线电体系结构模型
[0041] Joseph Mitola所提出的认知无线电体系结构模型中，认知无线电是以软件无线 电平台和无线电描述语言(RKRL)为基础的智能通信系统，通过无线电模块的学习和推理能 力，认知射频环境，空中接口，通信协议及频谱的使用模型，并通过RKRL语言与网络进行智 能交流。基于Mitola博士所提出的经典模型为基础，本发明所设计的一种具有"指纹"识别 功能的认知无线电体系结构模型。
[0042] 如图2所示，关于认知无线电的定义，基于认知无线电技术的具有"指纹"识别功能 的认知无线电体系结构模型以软件无线电平台和RKRL为基础，分为硬件和软件两部分。
[0043] 硬件部分是基于软件无线电平台的体系结构，包括顺序连接天线、射频前端、反应 器功能模块、环境传感模块、认知功能模块、匹配调整模块、基带处理模块和用户接口八个 部分。天线模块进行信号的接收，信号通过天线接收传输给给射频前端。射频前段将信号完 整并且不失真输出传输给反应器模块。反应器模块与环境传感模块连接。环境传感模块与 认知功能模块连接，将信号处理传输给匹配调整模块，这三部分主要进行信号处理和无线 信道认知过程，并将处理信号通过匹配调整模块传输给基带处理模块。基带处理模块将处 理后的信号传输给用户接口。
[0044] 天线模块为接收天线模块，将无界媒介中的电磁波变换成传输线传播的导行波。 射频前端保证有用的射频信号能够完整并且不失真地提取出来并输送给后级电路。反应器 功能模块对有用的射频信号进行调制解调。环境传感模块对无线信道的复杂环境进行感知 并根据预先设定的"指纹"特征识别指标进行信息提取。认知功能模块通过对"指纹"特征的 信息学习分析，认知无线通信环境的变化。匹配调整模块利用上级认知信息，进行自适应调 整自身内部的通信机理来适应无线环境的变化。基带处理模块通过通信协议控制，对调整 变化的信号进行处理与储存。用户接口模块进行系统和用户之间的人机交互和信息交换， 实现信息的内部形式和人类可以接受形式的转换。
[0045] 软件部分又被分为基础软件和智能软件两部分。基础软件包括信号测试和调制解 调过程，智能软件部分利用RKRL语言，实现无线信道"指纹"特征提取，使用无线电规则实现 与周围无线网络的智能交流，并采用支持关于用户需要的自适应学习的方式，以便更好地 提高信道通信质量。RKRL语言描述的内容包括无线传输方式，通信设备，软件模块，传输，网 络，用户需求和根据用户需求而重新加载自动配置的应用方式等。
[0046]从系统功能上看，基于认知无线电技术的"指纹"特征体系结构模型是集成了各种 应用模块，接口功能和认知功能的软件无线电平台，它包括多个功能模块:用户接口功能模 块，反应器功能模块，环境传感模块，认知功能模块，匹配调整模块。
[0047] "指纹"特征使用方法流程
[0048]如图3所示，通过不同场景下的无线信道的"指纹"特征参数设定，将这三个参数的 不同场景下所对应的取值情况作为数据记录，基于认知无线电的"指纹"识别体系模型，通 过该体系结构的认知方法过程来实现无线信道"指纹"特征提取，给出具体的基于认知无线 技术的无线信道"指纹"特征使用方法的流程图。
[0049] (1)首先，利用上述"离散线性系统"模型，测试不同通信场景中无线信道的接收信 号，提取上述分析所得到的三个"指纹"特征值，并进行记录统计与其相对应通信场景的数 据，包括|r[k，n] |，|p[k，n] |和f，该阶段为准备阶段。
[0050] (2)然后，当认知无线网络进行新的通信场景进行信道数据传输时，提取该通信场 景中的无线信道的三个"指纹"特征值，将该特征值与原来收集记录的特征值进行对比匹 配，假如有原始值匹配，认定面临的新的通信场景为该原始特征值所对应的通信场景，否 贝1J，将新的"指纹"特征值进行重新收集学习记录，该阶段为认知阶段。
[0051] (3)最后，根据上述分析，在数据匹配的前提下，利用原始数据的通信参数，对该新 的通信场景的通信参数的选择进行调整，以便适应于新的通信场景的数据传输与接收，提 高新场景中的频谱利用率，该阶段为匹配调整阶段。
【主权项】
1. 一种基于认知无线技术的无线信道"指纹"特征使用方法，其特征在于，基于具有"指 纹"识别功能的认知无线电体系结构模型，通过该体系结构的认知方法过程来实现无线信 道"指纹"特征提取，包括如下步骤： (1) 首先，利用"离散线性系统"模型，测试不同通信场景中无线信道的接收信号，选取 三个"指纹"识别特征参数作为通信场景下的无线信道的"指纹"识别指标，并进行记录与其 相对应通信场景的数据，该阶段为准备阶段； (2) 然后，当认知无线网络进行新的通信场景进行信道数据传输时，提取该通信场景中 的无线信道的三个"指纹"特征值，将该特征值与原来收集记录的特征值进行对比匹配，假 如有原始值匹配，认定面临的新的通信场景为该原始特征值所对应的通信场景，否则，将新 的"指纹"特征值进行重新收集学习记录，此即认知方法过程，该阶段为认知阶段； (3) 最后，根据上述分析，在数据匹配的前提下，利用原始数据的通信参数，对该新的通 信场景的通信参数的选择进行调整，以便适应于新的通信场景的数据传输与接收，提高新 场景中的频谱利用率，该阶段为匹配调整阶段。2. 根据权利要求1所述的基于认知无线技术的无线信道"指纹"特征使用方法，其特在 在于，所述三个"指纹"识别特征参数为两个时域参数和一个频域参数;两个时域参数分别 为接收信号|r[k，n] |的幅值统计取值范围和接收信号|p[k，n] |的统计幅值最大值及其对 应的样点取值范围;频域参数为中心频率f;其中 r[k，n]|为第k个样点在第η时刻单位脉冲依次经过发送滤波器、信道、接收滤波器后 的接收信号的绝对值； P[k，n]|为第k个样点在第η时刻单位脉冲依次经过发送滤波器，信道，接收滤波器后 的接收信号滤除高斯白噪声后的接收信号的绝对值； f为接收信号频域图的样本中心频率值。3. 根据权利要求1所述的基于认知无线技术的无线信道"指纹"特征使用方法，其特在 在于，所述具有"指纹识别"功能的认知无线电体系结构模型以软件无线电平台和RKRL为基 础，分为硬件和软件两部分； 硬件部分基于软件无线电平台的体系结构，包括顺序连接的天线，射频前端，反应器功 能模块，环境传感模块，认知功能模块，匹配调整模块，基带处理和用户接口； 天线模块为接收天线模块，将无界媒介中的电磁波变换成传输线传播的导行波;射频 前端保证有用的射频信号能够完整并且不失真地提取出来并输送给后级电路;反应器功能 模块对有用的射频信号进行调制解调;环境传感模块对无线信道的复杂环境进行感知并根 据预先设定的"指纹"特征识别指标进行信息提取;认知功能模块通过对"指纹"特征的信息 学习分析，认知无线通信环境的变化;匹配调整模块利用上级认知信息，进行自适应调整自 身内部的通信机理来适应无线环境的变化;基带处理模块通过通信协议控制，对调整变化 的信号进行处理与储存；用户接口模块进行系统和用户之间的人机交互和信息交换，实现 信息的内部形式和人类可以接受形式的转换。
【专利摘要】本发明公开了一种基于认知无线技术的“指纹”识别使用方法，所述方法通过不同通信场景中无线信道的“指纹”识别提取参数设定，基于具有“指纹”识别功能的认知无线电体系结构模型提出，包括选取三个“指纹”识别特征参数的准备阶段、实施认知方法过程的认知阶段和对通信参数的选择进行调整的匹配调整阶段。本方法基于“离散线性系统”建模，贴近实际通信场景。该方法简单，容易扩展，有利于工程实现，不仅适用于认知无线系统中的无线信道的认知识别，提高认知无线系统的频谱利用率，还有助于移动网络的优化。
【IPC分类】H04B17/382, H04B17/391
【公开号】CN105721079
【申请号】CN201610043728
【发明人】赵峰, 苗彦涛, 陈宏滨
【申请人】桂林电子科技大学
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2016年1月22日