淺析認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)

本文通過(guò)對(duì)認(rèn)知無(wú)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(shuō)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(wú)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(lái)，待各自技術(shù)相對(duì)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(huì)中，無(wú)線頻譜已成為不可或缺的寶貴資源。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（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(dòng)通信的2GHz左右的頻段過(guò)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(dòng)感知所處的頻譜環(huán)境，發(fā)現(xiàn)頻譜空洞(暫時(shí)沒(méi)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(wú)線電。

1 認(rèn)知無(wú)線電概念
認(rèn)知無(wú)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(guò)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(shí)改變特定的無(wú)線操作參數(shù)（如功率、載波調(diào)制和編碼等）等，來(lái)適應(yīng)外部無(wú)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(wú)線傳輸，甚至能夠根據(jù)現(xiàn)有的或者即將獲得的無(wú)線資源延遲或主動(dòng)發(fā)起傳送。

2 認(rèn)知無(wú)線電特點(diǎn)
對(duì)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(cè)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(cè)一定范圍的頻段，檢測(cè)頻譜空洞。
對(duì)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(hào)時(shí)，能盡快主動(dòng)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(shí)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(hào)出現(xiàn)的時(shí)間、地點(diǎn)、頻段[2]等信息，及時(shí)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(dòng)態(tài)編程，也可通過(guò)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(wú)線電原理
認(rèn)知無(wú)線電原理如圖1所示,由圖可看出,CR設(shè)備對(duì)周圍環(huán)境感知、探測(cè)、分析，這種探測(cè)和感知是全方位的，應(yīng)對(duì)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(gè)智能收發(fā)器。有了足夠的人工智能，它就能吸取過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行響應(yīng)，過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)包括對(duì)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(wú)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(shí)[3]，必須保證它的通信不會(huì)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(duì)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(duì)主用戶的干擾。

4 認(rèn)知無(wú)線電的關(guān)鍵技術(shù)
4．1 頻譜檢測(cè)技術(shù)
頻譜檢測(cè)是在復(fù)雜的環(huán)境中監(jiān)測(cè)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(cè)圖
上圖中，左邊部分是對(duì)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)。