Trước hết ta tìm hiểu về sự phát hiện tín hiệu nhờ vào cảm biến phổ. Rõ ràng, việc cảm biến phổ là nhiệm vụ thiết yếu của mạng vô tuyến nhận thức, nó cho phép người dùng thứ cấp có thể phát hiện ra khoảng phổ trống và có cơ hội để tận dụng những khoảng tần số này mà không ảnh hưởng gì đến hệ thống trên. Và vấn đề cảm biến phổ này được trình bày như sau.

Để phát hiện 1 tín hiệu nằm trong dải băng thông B biết trước, ta có thể thử đặt vấn đề về giả thiết như sau :

H₀: x(n) = v{n)

H₁ : x(n) = s(n) + v(n), n = 1,2…, N

Ở đây:

• H₀ thể hiện sự không tồn tại của tín hiệu, tức là ,tín hiệu nhận được x(n) chứa đựng chỉ là nhiễu Gauss trắng cộng tính (AWGN),

v(n) ~ CN(0,σv² ).

• H₁ thể hiện cho sự có mặt của tín hiệu, tức là tín hiệu nhận được x(n) gồm 1 tín hiệu sơ cấp S(n) cộng với nhiễu v(n).
• n tương ứng tới số lần lấy mẫu.

Trong 4 chức năng của CR là cảm biến phổ, quản lý phổ, sử dụng phổ linh hoạt và chia sẻ phổ thì cảm biến phổ là chức năng đầu tiên và có vai trò quan trọng trong toàn bộ hệ thống của CR. Cảm biến phổ sử dụng các phương pháp xử lí tín hiệu thu được để đưa ra quyết định về dải tần số đang quan sát là trống hay là có xuất hiện tín hiệu PU. Đây là chức năng quan trọng nhất bởi vì nó ảnh hưởng lớn đến quyết định sử dụng hay không sử dụng dải tần số đang quan sát. Mạng CR cần dựa vào các điều kiện của môi trường để có thể cảm biến được dải phổ thích hợp, qua đó đưa ra quyết định chính xác về việc sử dụng dải phổ nào để không gây ảnh hưởng đến PU.

Mặc dù cảm biến phổ thì được hiểu theo truyền thống là tính toán lượng phổ hay tính toán nhiễu nhiệt trong dải phổ, nói 1 cách tổng quát hơn là nó là 1 thuật toán mà sử dụng nhiều đặc tính phức tạp như thời gian, không gian, tần số và mã hóa. Đồng thời nó cũng xác định được loại tín hiệu mà chiếm giữ phổ (bao gồm cả điều chế, dạng sóng, băng thông, tần số sóng mang v.v...). Tuy nhiên, việc này đòi hỏi phải mạnh về kĩ thuật phân tích tín hiệu với các tính toán phức tạp.

Trong hệ thống CR có thể chia cảm biến phổ ra làm 2 loại chính sau:

• Occupancy sensing (cảm biến sự chiếm giữ phổ): phát hiện sự chiếm giữ phổ trong khu vực lân cận,qua đó xác định được dải phổ nào đang trống (white spaces) hoặc đang ở dưới mức sử dụng (gray spaces). Một ví dụ về Occupancy sensing là bộ phát hiện dựa vào năng lượng (energy-based detection).
• Identity sensing (cảm biến các đặc trưng): phân biệt được dải phổ đang bị chiếm giữ bởi primary user hay là đang bị chiếm giữ bởi một CR user khác. Điều này đặc biệt quan trọng đối với môi trường CR có nhiều user, khi đó white space phải được chia sẻ cho nhiều user. Một ví dụ về Identity sensing là cảm biến dựa vào đặc điểm (feature-based detection).

Ta có sơ đồ khối của các phương pháp trong quá trình cảm biến phổ :

Như vậy phương pháp cảm biến có thể được chia làm 2 loại: energy-based detection và feature-based detection.

Cả 2 phương pháp energy-based detection và feature-based detection đều có những ưu điểm và nhược điểm. Bởi vì đa số CR thường có ít thông tin về tín hiệu của PU nên việc sử dụng energy-based detection là điều tất yếu, chỉ khi nào CR có đủ thông tin cần thiết nó mới có thể sử dụng feature-based detection. Đối với SNR cao thì 2 phương pháp tương tự nhau nhưng đối với SNR thấp thì chỉ có cyclostationary feature detection là có khả năng hoạt đông tốt với xác suất phát hiện cao. Dựa vào những ưu nhược điểm, người ta có thể kết hợp cả 2 phương pháp này với nhau để có thể bổ sung cho nhau. Một CR spectrum sensing có thể chia làm 2 bước: cảm biến thô (coarse sensing) và cảm biến tinh (fine sensing).

Coarse sensing hướng tới kĩ thuật energy-based detection. Nó có thể dò tìm nhanh chóng và khái quát dải băng tần phổ và xác định một số spectrum holes có khả năng sử dụng được. Sau đó spectrum holes sẽ được xử lí bước thứ 2 là sử dụng fine sensing. Nó được thực hiện dựa vào kĩ thuật feature-based detection.

Có 2 yêu cầu cơ bản trong việc cảm biến phổ trong lớp vật lý đó là: độ tin cậy của quá trình cảm biến và thời gian cảm biến.

Chất lượng của quá trình cảm biến là khả năng phát hiện thành công tín hiệu của PU. Quá trình phát hiện được đánh giá là không chất lượng khi chúng ta không phát hiện được tín hiệu PU hoặc nhầm tín hiệu PU với nhiễu của môi trường.

Thời gian cảm biến để phát hiện tín hiệu được yêu cầu càng nhỏ càng tốt để có thể nhanh chóng phát hiện ra PU và thực hiện những nhiệm vụ tiếp theo. Tuy nhiên, để việc cảm biến đạt kết quả tốt hơn thì chúng ta cần phải sử dụng những giải thuật DSP phức tạp. Điều này đòi hỏi chúng ta phải tốn thời gian để cảm biến. Do đó, một bộ phát hiện đáng tin cậy có chất lượng tốt thì nó phải tốn thời gian nhiều hơn để đưa ra được kết quả như mong đợi.