認知無線電技術的國內外發展

錢小森天津市濱海新區塘沽漁業電臺，天津　300450

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認知無線電技術的國內外發展

錢小森
天津市濱海新區塘沽漁業電臺，天津300450

摘要在現今社會發展中，無線電已經成為了一項非常重要的技術而應用在社會的各個層面。在本文中，將就認知無線電技術的國內外發展進行一定的研究。

關鍵詞認知無線電技術；國內外發展

認知無線電是一種智能頻譜共享技術，通過智能學習以及對頻譜環境的感知對傳輸參數進行實時的調整，能夠對頻譜的利用率進行顯著的提升。通過對其發展情況的研究，對于我們對該技術的把握與應用都具有十分積極的意義。

1　無線電技術發展

在早期，無線電技術為動態的特征，僅僅能夠在制定的頻段上實現通信工作，并對專用的信道協議以及調制解調器進行應用。為了能夠對多種通信標準共存的目標進行實現，可編程軟件的自適應技術得到了研究，并能夠在有限的頻段中實現切換。對于該技術來說，具有著較為靈活的特征，但在智能性方面則存在著一定的不足。近年來，為了對無線頻譜資源緊張的問題進行較好的解決，很多先進的通信技術以及理論也得到了研發，如多天線技術以及鏈路自適應技術等。對于這部分技術來說，其雖然能夠對頻譜效率進行有效的提升，但在實際應用中還是存在著受限于仙農理論的情況。

而隨著技術的發展，人們想到，如果系統能夠對其所處的頻譜環境進行自動的感知，并通過智能學習方式的應用對編碼、帶寬以及調制等參數進行調整，則能夠在對多維空間頻譜接入進行實現的同時有效的對頻譜利用率進行提升。在該種理念的指引下，認知無線電技術具有了最初的設想。

對于認知無線電技術而言，其在具體演進過程中具有的認識情況較多。1999年，Mitola對認知無線電的概念進行了提出。其認為，認知無線電能夠使SDR從預制程序的盲目執行者轉變為智能代理，可以說是認知無線電實現的理想平臺。功能方面，其則能夠通過無線電描述語言的應用，通過推理方式的應用對網絡交流功能進行實現，可以說是無線電“黑盒”的一種智能化認知。時間來到了2004年，Rieser則指出了，該技術在應用中并不一定需要具有SDR的支撐，其在遺傳算法的基礎上對啟發認知模型進行提出，能夠更好的對可快速部署的通信系統相適應。在該模型中，則能夠對傳統無線電的MAC以及物理層進行建模，包括進行無線信道遺傳算法、自適應無線系統遺傳算法與自己堅挺無線環境當中，能夠通過對系統狀態的監視確定如何對無線電認知系統進行適應。

就目前來說，無線電思想已經在很多無線通信的領域當中得到了應用，如在5GHz頻段的IEEE·802.11a，則對TPC以及DFS機制進行了應用，以此有效的避免了同雷達信號間的干擾。而在高速情況下接入的EVDO以及HSDPA認知調制，則需要通過對用戶需要服務的確認對用戶工作的最佳環境進行識別，并在此基礎上對更為有效的數據速率以及調制方案進行設定，以此對用戶的QoS需求進行滿足。對于這部分技術來說，其僅僅是認知無線電功能中非常小的一部分，能夠按照漸進方式擴展到無線電全部性能。

同其余頻譜共享技術如ISM開放接入以及UWB等相比，認知無線電技術能夠通過交叉共享方式的應用在主用戶沒有對頻譜進行應用的情況下尋找機會對該頻譜進行應用，并因此使其具有了更高的發送功率，非常適合應用在長距離通信工作當中。同ISM技術較為類似，但ISM技術僅僅對5G以及2.4G等頻段提供支持，且為了避免在系統中存在干擾而對設備的最大發送功率進行了限制，并因此使設備在不存在頻譜爭用的情況下依然不能夠對功率進行增加。同其相比，認知無線電技術則更具優勢。

2　認知無線電技術特征

2.1物理層技術

2.1.1頻譜偵聽

認知無線電技術在應用中，能夠對頻譜進行連續的偵聽，以此對沒有占用的頻譜進行及時的發現，在不對主用戶造成干擾的情況下對用戶的再次出現進行快速的檢測，以此便于為用戶騰出相應的帶寬。要想對該功能進行實現，就需要對一種新的功能-頻譜偵聽技術進行運用，能夠獲得非常高的檢測率。而受到檢測能力的限制以及陰影衰落以及多徑情況的影響，為了能夠更為準確的對用戶不同的接收功率進行檢測，該技術在帶寬頻率捷變以及前端靈敏度方面具有著更高的要求。在早期，其對周期平穩過程以及導頻信號技術進行應用，并不能夠對頻譜檢測的可靠性進行滿足。而就目前來說，則可以通過DF、AF以及CF協議的應用對其頻譜偵聽能力進行提升。

2.1.2 動態頻譜分析

在現今的頻譜研究中，歐洲地區的很多項目已經對不同網絡的動態頻譜分配算法進行了研究，而對于認知無線電網絡來說，用戶在可用信道、位置以及數量方面的需求具有著變化的特征，并因此使這部分技術存在著不完全適用的情況?？紤]到目前動態頻譜分配在標準、政策以及接入協議等方面的限制，基于頻譜統籌策略是現今應用較多的頻譜共享技術，在該技術中，其思想即首先將不同業務的頻譜合并成一個公共的頻譜池，之后再將其劃分為不同的信道。沒有得到授權的用戶，則可以對這部分空閑的信道進行臨時的占用。對于該策略來說，對信道應用的公平性以及利用率進行了充分的考慮，可以說是一個受限信道的分配問題。

2.2MAC協議

為了能夠對分布式用戶之間的通信進行滿足，則需要通過公共控制信道的增加對信令信息的傳輸進行增加，并保證MAC協議在設計階段能夠對特定的控制信道需求進行考慮。而根據用戶以及網絡在需求方面存在的差異，無線電在MAC協議設計方面也存在著一定的差異。在集中式基礎網絡中，MAC層需要具有更高的自適應性以及靈活性，以此能夠更為快速的響應無線電環境變化，而也為MAC對具有共享頻段功能的執行提出了全新的挑戰。在初始化過程中，用戶預訂設備無預分配信道對基站進行搜索，為了提升性能，其甚至將多個空閑信道通過信道捆綁技術的應用進行捆綁，以此使BS到CPE在同步方面存在較多的困難，而對于該問題來說，其在無線MAC方面卻并沒有涉及，在實際對頻譜進行檢測時，并不需要通過BS對CPE相同檢測進行控制，而可以通過合并算法的應用將檢測負載分布到不同的CPE當中，并在檢測完成之后，由CPE對檢測到的值進行返回，以此使其能夠對整個小區的頻譜占用圖進行獲得。

2.3網絡路由協議

由于認知無線電技術能夠根據環境的變化對頻率進行動態的選擇，對此，傳統路由擁塞以及跳數等已經不能夠作為其應用依據，即網絡需要對新的路由指標進行引入，如信道切換頻率以及信道切換數等。就目前的認知無線電領域中，如何能夠將路由同頻譜的選擇進行聯合、以此更為有效的對頻譜進行應用可以說是研究工作的一項重點，而在部分具有較快網絡變化特征的無線電網絡中，多種業務在QoS方面的需求也具有著較快的變化。對此，在未來工作中，就需要做好次優化路由協議的研究，以此對長期的網絡性能優化作出保證。

3　結論

認知無線電技術是現今非常熱門的無線技術類型。就目前來說，認知無線技術還具有著較大的發展潛力，需要能夠從鏈路維護、定價策略以及系統安全等方面進行深入的研究。

參考文獻

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中圖分類號TN99

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2016）165-0119-02

作者簡介：錢小森，助理工程師，研究方向為無線電通信。