淺析無線智能認知技術

楊德保

摘 要：文章簡要闡述了無線智能認知技術的概念、原理及其主要技術。就當前大數據時代無線用戶海量增加與頻譜資源日趨緊張的矛盾，用無線知能認知技術分析了如何充分提高無線數據傳輸設備發現頻譜空洞和提高頻譜利用的能力。

關鍵詞：頻譜；頻譜空洞；香農信道理論；信道帶帶；信道容量；軟件無線電

1 引言

隨著無線通信技術的日臻完善，保密、可靠、抗干擾等性能得到了很好的解決，同時無線通信有著有線通信不可比擬的優勢，無線通信越來越受人們的青睞。目前無線通信已從個人通信領域進入公司企業、政府日常辦公系統，如移動辦公、無線視頻會議等信息傳輸系統。隨著無線用戶的海量增加和大數據的傳輸需要，對信道容量和帶寬求越來越高。因此頻譜資源變得日益緊張，成為制約無線通信發展的新瓶頸。根據香農信息論關于信息道容量公式，信道帶寬和信噪比是一對矛盾的關系，因此不可能無限地增加帶寬來提高信道容量。為此人們提出采用無線智能認知（簡稱CR）技術，通過從時間和空間上充分利用現有信道資源，從而可以緩解上述難題。

無線智能認知技術是一種新的智能無線通信。它以硬件為平臺，軟件為核心，通過掃描周圍環境的當前信道狀態，感知當前信道特征和網絡基本參數，然后根據這些狀態參數進行自適應響應。從而可大提高信息資源的利用水平。

2 無線智能認知技術的概念與特征

2.1 概念

無線智能認知技術是無線智能通信系統關鍵技術。其所構成的系統具有感知周邊電磁環境，并具有從中學習和響應的能力，如動態改變信號特征參數，如發射功率、調制參數和調制方式等，以便確保隨時、隨地的可靠信息傳輸和對信息資源的高效利用。

2.2 無線智能認知技術的主要特征是認知能力和重組能力

2.2.1 認知能力

認知能力使CR系統能夠從其所在的周邊環境中獲得學習信息，從而確定其所在時間和空間中沒有使用的空閉信道資源。這一過程通常如圖1所示。

2.2.2 重組能力

重組能力核心是在不對現有正在工作的信道和用戶產生干擾或中斷前提下，利用系統的空閑傳輸資源提供可靠的通信服務。一旦該信道被授權用戶使用，CR將切換到其它空閑頻段通信；或是繼續使用該頻段，但改變傳輸方案避免對授權用戶的有害干擾。

3 CR技術系統的關鍵技術

智能無線認知系統的突出優點是無需專門授權就可以工作在已授權用戶的工作頻段上，以實現“閑置”頻譜信道的高效利用。要完成這一目標主要是通過系統學習、檢測、分析、推理和自我調整等功能來實現。主要包括工作溫度的檢測和設定、動態參數的分配、信號功率調整等，通用的CR收發信機結構如圖2所示。

3.1 寬帶射頻前端技術

為了提高寬帶頻譜感知能力，CR的高頻收發信機必需工作在寬頻帶范圍內的任意信道，如圖3所示。

3.2 頻譜感知技術

頻譜感知技術是CR技術應用的基礎和前提。由于這些方法各有優缺點，實際應用時通常結合使用，可以產生良好的效果，如圖4所示。

4 認知無線電的發展現狀與趨勢

當前，認知無線電技術已經得到了學術界和產業界的廣泛關注。很多著名學者和研究機構都投入到認知無線電相關技術的研究中，啟動了很多針對認知無線電的重要研究項目。

國際電信聯盟（ITU）已把認知無線電和軟件無線電技術的相關研究列入下屆世界無線電通信大會的議題之一。無線電頻率管理部門、無線電技術研發機構、無線電頻率用戶應協作攻關，找到無線電技術的可持續發展之路。

5 結語

認知無線電的提出，解決了移動用戶海量增長的趨勢與有限頻譜資源之間的矛盾，是未來無線信息傳輸系統的發展方向。

[參考文獻]

[1]周小飛，張宏綱.認知無線電原理及應用[M].北京：北京郵電大學出版社，2007.

[2]李連寶.認知無線電的關鍵技術研究[J].通信技術，2012（6）.

[3]邱晶.基于認知無線電技術動態頻譜接入[J].移動通信，2008（9）.

[4]郭彩麗，張天魁.認知無線技術的國內外發展和研究狀態[J].現代電信科技，2012（6）.