淺析認(rèn)知無線電技術(shù)

本文通過對認(rèn)知無線電（CR）的概念、提出的背景、特點(diǎn)、原理的介紹，分析了它的若干關(guān)鍵技術(shù)，并說明了它的頻譜管理思想、發(fā)展現(xiàn)狀，最后提及了它與軟件無線電（SDR）的關(guān)系。研究認(rèn)為，現(xiàn)階段應(yīng)把CR和SDR技術(shù)聯(lián)系起來，待各自技術(shù)相對成熟后，再將SDR技術(shù)融合到CR中，實(shí)現(xiàn)真正意義上的CR。
[關(guān)鍵詞] CR； 關(guān)鍵技術(shù)； SDR

引 言
現(xiàn)代社會中，無線頻譜已成為不可或缺的寶貴資源。美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）的大量研究表明，一些非授權(quán)頻段如工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)用頻段以及用于陸地移動通信的2GHz左右的頻段過于擁擠，而有些頻段卻經(jīng)?？臻e。于是人們想到，若有一種系統(tǒng),它能自動感知所處的頻譜環(huán)境，發(fā)現(xiàn)頻譜空洞(暫時沒有被主用戶使用的頻段)并利用它，就能在很大程度上提高頻譜利用率?；谶@種思想，人們提出了認(rèn)知無線電。

1 認(rèn)知無線電概念
認(rèn)知無線電(Cognitive Radio,CR) 的概念起源于1999年Joseph Mitolo博士的奠基性工作[1]。它可以通過學(xué)習(xí)、理解等方式，自適應(yīng)的調(diào)整內(nèi)部的通信機(jī)理、實(shí)時改變特定的無線操作參數(shù)（如功率、載波調(diào)制和編碼等）等，來適應(yīng)外部無線環(huán)境，自主尋找和使用空閑頻譜。它能幫助用戶選擇最好的、最適合的服務(wù)進(jìn)行無線傳輸，甚至能夠根據(jù)現(xiàn)有的或者即將獲得的無線資源延遲或主動發(fā)起傳送。

2 認(rèn)知無線電特點(diǎn)
對環(huán)境的感知能力：此特點(diǎn)是CR技術(shù)成立的前提，只有在環(huán)境感知和檢測的基礎(chǔ)上，才能使用頻譜資源。頻譜感知的主要功能是監(jiān)測一定范圍的頻段，檢測頻譜空洞。
對環(huán)境變化的學(xué)習(xí)能力、自適應(yīng)性：此特點(diǎn)體現(xiàn)CR技術(shù)的智能性，在遇到主用戶信號時，能盡快主動退避，在頻譜空洞間自如的切換。
通信質(zhì)量的高可靠性：要求系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)任何時間任何地點(diǎn)的高度可靠通信，能夠準(zhǔn)確地判定主用戶信號出現(xiàn)的時間、地點(diǎn)、頻段[2]等信息，及時調(diào)整自身參數(shù)，提高通信質(zhì)量。
系統(tǒng)功能模塊的可重構(gòu)性：CR設(shè)備可根據(jù)頻譜環(huán)境動態(tài)編程，也可通過硬件設(shè)計(jì)，支持不同的收發(fā)技術(shù)?？梢灾貥?gòu)的參數(shù)包括：工作頻率、調(diào)制方式、發(fā)射功率和通信協(xié)議等。

3 認(rèn)知無線電原理
認(rèn)知無線電原理如圖1所示,由圖可看出,CR設(shè)備對周圍環(huán)境感知、探測、分析，這種探測和感知是全方位的，應(yīng)對地形、氣象等綜合信息也有所了解。由此圖也可得出，CR是高智能設(shè)備，應(yīng)包含一個智能收發(fā)器。有了足夠的人工智能，它就能吸取過去的經(jīng)驗(yàn)對實(shí)際情況進(jìn)行響應(yīng)，過去的經(jīng)驗(yàn)包括對死區(qū)、干擾和使用模式等的了解。它的學(xué)習(xí)能力是使它從概念走向應(yīng)用的真正原因。

圖1：認(rèn)知無線電原理圖
當(dāng)CR用戶發(fā)現(xiàn)頻譜空洞，使用已授權(quán)用戶的頻譜資源時[3]，必須保證它的通信不會影響到已授權(quán)用戶的通信，一旦該頻段被主用戶使用，CR有兩種應(yīng)對方式：一是切換到其它空閑頻段通信；二是繼續(xù)使用該頻段，改變發(fā)射頻率或調(diào)制方案，避免對主用戶的干擾。

4 認(rèn)知無線電的關(guān)鍵技術(shù)
4．1 頻譜檢測技術(shù)
頻譜檢測是在復(fù)雜的環(huán)境中監(jiān)測出CR可以使用的頻譜空隙，下圖2是實(shí)際中的操作圖：

圖2:實(shí)際中的頻譜檢測圖
上圖中，左邊部分是對所處環(huán)境的處理，掌握環(huán)境的各種信息是正確判決頻譜信息的前提，如何從復(fù)雜環(huán)境中提取有用的信息，需要科研人員綜合各種技術(shù)。