認知無線電技術及發展前景

武穎

引言：認知無線電技術作為軟件無線電技術的一個特殊擴展，受到日益廣泛的關注。認知無線電近幾年內市場不會很大，但在不久的將來將會獲得得突破性的進展，為無線電資源管理和無線接人市場帶來新的發展契機和動力。

伴隨著通信系統由模擬體制向數字體制的逐步轉變， 無線通信得到了飛速發展。但傳統的通過硬件設備改造升 級來完成無線通信新技術改革的方法帶來了很多問題，如不同通信系統的兼容性差、互聯互通互操作程度低、浪費等，大大制約了無線電技術的進一步發展。如何有效的提高信息的傳輸速率，以及適應新情況即使做出技術升級與改造，己經成為通信領域的關鍵問題。在這種情況下，認知無線電技術作為實現通信的新概 念和新體制應運而生。

認知無線電（cognitive radio，CR）的概念是由 Joseph Mitola 博士提出的，他在1999年發表的一篇學術論文ni中描述了認知 無線電如何通過一種“無線電知識表示語言（RKRL）”的新語言提高個人無線業務的靈活性，隨后在2000年瑞典皇家科學院舉行的博士論文答辯中詳細探討了這一理論氣

認知無線電也被稱為智能無線電，從廣義上來說是指無線終端具備足夠的智能或者認知能力，通過對周圍無線環境的歷 史和當前狀況進行檢測、分析、學習、推理和規劃，利用相應結果調整自己的傳輸參數，使用最適合的無線資源（包括頻率、調制方式、發射功率等）完成無線傳輸。認知無線電能夠幫助用戶自 動選擇最好的、最廉價的服務進行無線傳輸，甚至能夠根據現有的或者即將獲得的無線資源延遲或主動發起傳送。由定義可以看出，認知無線電的一個最大優勢就是無線用戶可以通過該技術實現“頻譜共享”。目前大多數頻譜已經被劃分給不同的許可持有者（又稱為首要用戶），包括移動通信、應急通信、廣播電視等。但是隨著用戶需求的增長，簡單地通過開發新的無 線接人技術和使用新的頻點已經無法充分滿足市場需求。

近年來，很多學者通過監測分析當前無線頻譜使用狀況發現，雖然大部分頻譜已經被分配給不同的用戶，但是在相同時間、相同地點頻譜的使用卻非常有限。常常是大部分頻點未被使用，而某些熱點頻率又處于超負荷運行。

認知無線電技術可根據周圍環境的變化動態地進行頻率的選擇，而頻率的改變通常需要上層協議如路由協議等進行相應調整。

除上述技術外，關于認知無線電系統的安全、可靠鏈路的維護以及定價策略、機器學習技術、功率控 制技術、數字波束形成（DBF）技術、自適應調制解調技術、軟件無線電升級技術、信道估計技術、數字信號處理等也是需要深入研究的關鍵技術。

實際上，認知無線電技術是對頻譜資源從時間、空間和頻率等多維度的重復利用和共享。認知無線電在特定頻段上進行探 測，如果發現該頻段當前未被使用，可以在不影響首要用戶的前提下使用該頻段。如果該頻段的首要用戶恢復無線傳輸，那么認知無線電設備就跳轉到其他頻段或者通過改變傳輸功率、調制方式等手段來避免對首要用戶產生干擾。

從認知無線電的概念我們可以看到，與傳統的以發射機為中心的設計思想所不同，認知無線電是以接收機為中心的以目標為驅動的框架；與傳統的通信系統結構不同的是，僅僅實現底層的功能是遠遠不夠的，如果要確保大量認知無線電設備正常工作必然要涉及到更高層次的協議設計

認知無線電是在軟件無線電的基礎上提出的智能化無線通信技術，它展現了一種全新的頻譜管理模式，并將自身與外部環境智能匹配，為從根本上解決日益增長的無線通信需求與有限的無線頻譜資源之間的矛盾開辟了一條行之有效的解決途徑，并給無線通信帶來了新的發展空間，同時也有力促進了 軟件無線電的更快發展。

認知無線電是無線電技術發展的下一個里程碑，該技術的 應用會帶來歷史性的變革。對于頻譜管制者而言，該技術可以大大提高可用頻譜數量，提高頻譜利用率，有效利用資源；對于頻譜持有者而言，可以在不受干擾的前提下開發二級頻譜市場，在相同頻段上提供不同的服務，該技術可以為設備廠商帶來更多的機會，具備認知無線電功能的設備將更具競爭力；對終端用戶而言，可以帶來更多帶寬，在認知無線電技術成熟后，用戶則可以享受到單個無線電終端接人多種無線網絡的優勢。

認知無線電技術的發展目前還存在一些障礙，目前頻譜管制政策尚沒有完全放開，認知無線電技術的應 用還存在很大障礙；認知無線電的靈活性還需要不斷提高，必須能夠隨著應用策略的更改靈活配置；認知無線電技術需要強大的可重配置硬件平臺，目前的硬件技術發展還滿足不了相關需求；另外認知無線電組網工作的語言和協議目前很不完善，需要開發專門語言和協議在設備之間共享無線背景信息。

作為無線通信領域的最新進展，認知無線電技術受到日益關注，雖然由于技術的限制，認知無線電近幾年內市場不會很大，但在不久的將來將會獲得得突破性的進展，為無線電資源管理和無線接人市場帶來新的發展契機和動力。

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（作者單位：武警石家莊士官學校）