認(rèn)知無線電技術(shù)及發(fā)展前景

武穎

引言：認(rèn)知無線電技術(shù)作為軟件無線電技術(shù)的一個特殊擴(kuò)展，受到日益廣泛的關(guān)注。認(rèn)知無線電近幾年內(nèi)市場不會很大，但在不久的將來將會獲得得突破性的進(jìn)展，為無線電資源管理和無線接人市場帶來新的發(fā)展契機(jī)和動力。

伴隨著通信系統(tǒng)由模擬體制向數(shù)字體制的逐步轉(zhuǎn)變， 無線通信得到了飛速發(fā)展。但傳統(tǒng)的通過硬件設(shè)備改造升 級來完成無線通信新技術(shù)改革的方法帶來了很多問題，如不同通信系統(tǒng)的兼容性差、互聯(lián)互通互操作程度低、浪費(fèi)等，大大制約了無線電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。如何有效的提高信息的傳輸速率，以及適應(yīng)新情況即使做出技術(shù)升級與改造，己經(jīng)成為通信領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。在這種情況下，認(rèn)知無線電技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)通信的新概 念和新體制應(yīng)運(yùn)而生。

認(rèn)知無線電（cognitive radio，CR）的概念是由 Joseph Mitola 博士提出的，他在1999年發(fā)表的一篇學(xué)術(shù)論文ni中描述了認(rèn)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(yè)務(wù)的靈活性，隨后在2000年瑞典皇家科學(xué)院舉行的博士論文答辯中詳細(xì)探討了這一理論氣

認(rèn)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(rèn)知能力，通過對周圍無線環(huán)境的歷 史和當(dāng)前狀況進(jìn)行檢測、分析、學(xué)習(xí)、推理和規(guī)劃，利用相應(yīng)結(jié)果調(diào)整自己的傳輸參數(shù)，使用最適合的無線資源（包括頻率、調(diào)制方式、發(fā)射功率等）完成無線傳輸。認(rèn)知無線電能夠幫助用戶自 動選擇最好的、最廉價的服務(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。由定義可以看出，認(rèn)知無線電的一個最大優(yōu)勢就是無線用戶可以通過該技術(shù)實(shí)現(xiàn)“頻譜共享”。目前大多數(shù)頻譜已經(jīng)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(yīng)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(fā)新的無 線接人技術(shù)和使用新的頻點(diǎn)已經(jīng)無法充分滿足市場需求。

近年來，很多學(xué)者通過監(jiān)測分析當(dāng)前無線頻譜使用狀況發(fā)現(xiàn)，雖然大部分頻譜已經(jīng)被分配給不同的用戶，但是在相同時間、相同地點(diǎn)頻譜的使用卻非常有限。常常是大部分頻點(diǎn)未被使用，而某些熱點(diǎn)頻率又處于超負(fù)荷運(yùn)行。

認(rèn)知無線電技術(shù)可根據(jù)周圍環(huán)境的變化動態(tài)地進(jìn)行頻率的選擇，而頻率的改變通常需要上層協(xié)議如路由協(xié)議等進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

除上述技術(shù)外，關(guān)于認(rèn)知無線電系統(tǒng)的安全、可靠鏈路的維護(hù)以及定價策略、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)、功率控 制技術(shù)、數(shù)字波束形成（DBF）技術(shù)、自適應(yīng)調(diào)制解調(diào)技術(shù)、軟件無線電升級技術(shù)、信道估計技術(shù)、數(shù)字信號處理等也是需要深入研究的關(guān)鍵技術(shù)。

實(shí)際上，認(rèn)知無線電技術(shù)是對頻譜資源從時間、空間和頻率等多維度的重復(fù)利用和共享。認(rèn)知無線電在特定頻段上進(jìn)行探 測，如果發(fā)現(xiàn)該頻段當(dāng)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(fù)無線傳輸，那么認(rèn)知無線電設(shè)備就跳轉(zhuǎn)到其他頻段或者通過改變傳輸功率、調(diào)制方式等手段來避免對首要用戶產(chǎn)生干擾。

從認(rèn)知無線電的概念我們可以看到，與傳統(tǒng)的以發(fā)射機(jī)為中心的設(shè)計思想所不同，認(rèn)知無線電是以接收機(jī)為中心的以目標(biāo)為驅(qū)動的框架；與傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同的是，僅僅實(shí)現(xiàn)底層的功能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，如果要確保大量認(rèn)知無線電設(shè)備正常工作必然要涉及到更高層次的協(xié)議設(shè)計

認(rèn)知無線電是在軟件無線電的基礎(chǔ)上提出的智能化無線通信技術(shù)，它展現(xiàn)了一種全新的頻譜管理模式，并將自身與外部環(huán)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(fā)展空間，同時也有力促進(jìn)了 軟件無線電的更快發(fā)展。

認(rèn)知無線電是無線電技術(shù)發(fā)展的下一個里程碑，該技術(shù)的 應(yīng)用會帶來歷史性的變革。對于頻譜管制者而言，該技術(shù)可以大大提高可用頻譜數(shù)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(fā)二級頻譜市場，在相同頻段上提供不同的服務(wù)，該技術(shù)可以為設(shè)備廠商帶來更多的機(jī)會，具備認(rèn)知無線電功能的設(shè)備將更具競爭力；對終端用戶而言，可以帶來更多帶寬，在認(rèn)知無線電技術(shù)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(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢。

認(rèn)知無線電技術(shù)的發(fā)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(rèn)知無線電技術(shù)的應(yīng) 用還存在很大障礙；認(rèn)知無線電的靈活性還需要不斷提高，必須能夠隨著應(yīng)用策略的更改靈活配置；認(rèn)知無線電技術(shù)需要強(qiáng)大的可重配置硬件平臺，目前的硬件技術(shù)發(fā)展還滿足不了相關(guān)需求；另外認(rèn)知無線電組網(wǎng)工作的語言和協(xié)議目前很不完善，需要開發(fā)專門語言和協(xié)議在設(shè)備之間共享無線背景信息。

作為無線通信領(lǐng)域的最新進(jìn)展，認(rèn)知無線電技術(shù)受到日益關(guān)注，雖然由于技術(shù)的限制，認(rèn)知無線電近幾年內(nèi)市場不會很大，但在不久的將來將會獲得得突破性的進(jìn)展，為無線電資源管理和無線接人市場帶來新的發(fā)展契機(jī)和動力。

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（作者單位：武警石家莊士官學(xué)校）