為了進(jìn)行頻譜共享，首先需要進(jìn)行頻譜感知。頻譜感知技術(shù)也是認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)區(qū)別于傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)之一。按照感知對(duì)象的不同，頻譜感知可分為基于發(fā)射源的感知和基于干擾的感知。而根據(jù)感知方式的不同，目前對(duì)頻譜檢測(cè)技術(shù)的研究主要包含兩方面，一是單點(diǎn)頻譜檢測(cè)技術(shù)，根據(jù)單個(gè)認(rèn)知無(wú)線電節(jié)點(diǎn)接收的信號(hào)沒(méi)檢測(cè)其所處無(wú)線環(huán)境的頻率占用狀態(tài)；二是多點(diǎn)協(xié)作頻譜檢測(cè)技術(shù)，即把多個(gè)節(jié)點(diǎn)的頻譜檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行合并，以提高檢測(cè)的正確率，并見(jiàn)底對(duì)單節(jié)點(diǎn)的性能要求。

　　物聯(lián)網(wǎng)感知層頻譜感知技術(shù)-基于發(fā)射源的感知

　　1、基于發(fā)射源的感知

　　針對(duì)發(fā)射源的不同特征進(jìn)行感知，該方法又可細(xì)分為以下幾類。

　?。?）能量檢測(cè)

　　能量檢測(cè)是指在一定頻段內(nèi)檢測(cè)能量的積累，如果積累后的能量高于設(shè)定的門限則說(shuō)明有信號(hào)存在，否則只有噪聲。能量檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)須任何檢測(cè)信號(hào)的先驗(yàn)知識(shí)，屬于非相關(guān)檢測(cè)。其缺點(diǎn)是檢測(cè)速度慢，并且對(duì)門限值的設(shè)定也非常敏感。

　?。?）匹配濾波檢測(cè)

　　匹配濾波檢測(cè)是指通過(guò)頻譜濾波器進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)的技術(shù)。匹配濾波器是輸出信噪比最大的最佳線性濾波器。匹配濾波檢測(cè)是在已知主用戶信號(hào)特征下最優(yōu)的頻譜檢測(cè)技術(shù)，是一種相關(guān)檢測(cè)。和其他檢測(cè)技術(shù)相比，它具有時(shí)間短、檢測(cè)精度高的優(yōu)勢(shì)。但是需要主用戶信號(hào)的詳細(xì)特征，如果需要對(duì)多個(gè)主信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，就需要配置多個(gè)濾波器，其執(zhí)行成本將大大增加，因此其應(yīng)用場(chǎng)合也將受到很大的限制。

　　（3）周期平穩(wěn)過(guò)程特征檢測(cè)

　　周期平穩(wěn)過(guò)程特征檢測(cè)是指通過(guò)提取接收信號(hào)的靜態(tài)相關(guān)特征來(lái)檢測(cè)主用戶信號(hào)的技術(shù)，靜態(tài)相關(guān)特征是由信號(hào)的周期性特征導(dǎo)致的。這種檢測(cè)技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)是能從調(diào)制信號(hào)功率中區(qū)分出噪聲能量，前提是噪聲為不相干的廣義平穩(wěn)信號(hào)。因此，周期平穩(wěn)過(guò)程特征檢測(cè)可以在較低的信噪比前提下檢測(cè)信號(hào)。

　?。?）小波檢測(cè)

　　由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中率譜密度的不規(guī)則性，因此可以通過(guò)小波變換來(lái)分析信號(hào)的特征，其最大的優(yōu)勢(shì)是能對(duì)較寬頻段的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。

　　我們?cè)谟帽砀駚?lái)對(duì)比一下，以上四種小類的頻譜感知技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。

感知技術(shù)	優(yōu)點(diǎn)	缺點(diǎn)
能量檢測(cè)	不需要信號(hào)的先驗(yàn)知識(shí)	檢測(cè)速度慢，不能在低信噪比下工作，無(wú)法區(qū)分主用戶與認(rèn)知用戶信號(hào)
匹配濾波檢測(cè)	準(zhǔn)確度高，較易執(zhí)行	需要主用戶信號(hào)的全部先驗(yàn)知識(shí)，可擴(kuò)展性差
周期平穩(wěn)過(guò)程特征檢測(cè)	低信噪比和干擾條件下性能穩(wěn)定	計(jì)算復(fù)雜，需要主用戶的部分先驗(yàn)知識(shí)
小波檢測(cè)	利于寬頻段下的信號(hào)檢測(cè)	計(jì)算復(fù)雜，無(wú)法檢測(cè)擴(kuò)頻信號(hào)

　　物聯(lián)網(wǎng)感知層頻譜感知技術(shù)-基于干擾的感知

　　該方法的基本思想是根據(jù)接收端受到的干擾程度來(lái)決定是否或者如何進(jìn)行頻譜接入。在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，基于發(fā)射源的感知方法還存在一些難以克服的問(wèn)題。

　　如下圖的情形是主用戶接收端不確定問(wèn)題，也稱為主用戶的隱終端問(wèn)題。認(rèn)知用戶在主用戶發(fā)射端的干擾半徑之外，因此一旦檢測(cè)到頻譜可用并接入信道，便會(huì)與主用戶接收端發(fā)生沖突。雖然圖中的認(rèn)知用戶處于主用戶發(fā)射端的干擾半徑之內(nèi)，但是由于障礙物的存在，導(dǎo)致在陰影區(qū)域（扇形區(qū)域）檢測(cè)到頻譜可用，而接入信道后也會(huì)與主用戶的接收端發(fā)生沖突。因此，學(xué)者又提出了一種新的檢測(cè)干擾的模型——干擾溫度模型。該模型不使用噪聲作為判斷門限，而是將干擾溫度，即接收端所能忍受的干擾程度來(lái)進(jìn)行門限判斷。只要不超過(guò)該門限，認(rèn)知用戶就可以使用該頻段。

　　物聯(lián)網(wǎng)感知層頻譜感知技術(shù)-協(xié)作感知

　　由于無(wú)線環(huán)境存在路徑損耗、陰影效果和多徑效應(yīng)，僅依靠單個(gè)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)頻譜，不能保證其正確性。在復(fù)雜環(huán)境中，認(rèn)知無(wú)線電用戶受到了陰影效應(yīng)的影響，只有某些用戶能夠正確檢測(cè)頻譜，如下圖，必須合并多個(gè)節(jié)點(diǎn)的頻譜檢測(cè)結(jié)果，通過(guò)協(xié)作頻譜檢測(cè)來(lái)提高頻譜檢測(cè)的正確性。協(xié)作感知的本質(zhì)即認(rèn)知用戶通過(guò)協(xié)作來(lái)共同感知頻譜空洞。協(xié)作感知可以分為集中式和分布式兩種。在集中式協(xié)作感知中存在一個(gè)中心控制節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)通過(guò)公共控制信道廣播感知任務(wù)給網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)，并將各感知節(jié)點(diǎn)的感知結(jié)果進(jìn)行采集。需要指出的一點(diǎn)是，公共控制信道在認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中并不容易實(shí)現(xiàn)，該問(wèn)題也是認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。在分布式的感知中，認(rèn)知節(jié)點(diǎn)雖然共享感知信息，但是卻單獨(dú)進(jìn)行頻譜接入。協(xié)作感知還可以分為網(wǎng)內(nèi)協(xié)作（即在一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行協(xié)作感知）與網(wǎng)際協(xié)作（即在多種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中協(xié)作感知）。

感知方式	優(yōu)點(diǎn)	缺點(diǎn)
非協(xié)作感知	工作簡(jiǎn)單	無(wú)法徹底解決隱終端及陰影等問(wèn)題，感知準(zhǔn)確度低，感知速度慢
協(xié)作感知	感知準(zhǔn)確度高，感知速度快，能解決隱終端和陰影問(wèn)題	執(zhí)行與計(jì)算復(fù)雜，通信開(kāi)銷大，需要公共控制信道

　　除了以上幾個(gè)主要的頻譜感知和研究領(lǐng)域，頻譜感知還出現(xiàn)了一些信的研究領(lǐng)域和方向，如壓縮感知和頻譜預(yù)測(cè)等。