淺談?wù)J知無線電技術(shù)的研究與發(fā)展

【摘 要】認(rèn)知無線電技術(shù)是對軟件無線電功能的特殊拓展，有效解決了頻譜資源無法高效利用這個(gè)制約無線通信發(fā)展的難題。認(rèn)知無線電充分應(yīng)用了智能頻譜共享這一新技術(shù)，可以運(yùn)用感知和學(xué)習(xí)頻譜環(huán)境的方式對頻譜進(jìn)行再利用，極大改善了頻譜利用率低的問題。本文首先簡要介紹了認(rèn)知無線電技術(shù)，討論了認(rèn)知無線電技術(shù)的主要功能，并探討了認(rèn)知無線電技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法。

【關(guān)鍵詞】認(rèn)知無線電 軟件無線電 頻譜資源

一、引言

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展與無線通信業(yè)務(wù)范圍的不斷擴(kuò)大，我們可以利用的頻譜資源越來越少[1]。無線頻譜作為一種可以為我們生活帶來便利的寶貴資源，如何提高其利用效率是制約無線通信發(fā)展的一大難題。近年來人們越來越關(guān)注頻譜資源的再利用技術(shù)。認(rèn)知無線電（CR）技術(shù)是對軟件無線電（SDR）功能的特殊拓展，有效解決了頻譜資源無法高效利用這個(gè)制約無線通信發(fā)展的難題。

二、認(rèn)知無線電技術(shù)概述

（一）認(rèn)知無線電技術(shù)的概念。Joseph Mitola于1999年首先提出了認(rèn)知無線電這一概念，在學(xué)術(shù)論文中對CR理論進(jìn)行了描述，并在論文答辯過程中對該理論進(jìn)行了詳細(xì)闡述[2]。從廣義上來看認(rèn)知無線電的終端具有一定的認(rèn)知能力，可以對所處的環(huán)境進(jìn)行檢測、分析和判斷推理，并利用獲取的結(jié)果進(jìn)行傳輸參數(shù)調(diào)整，然后制定最佳的無線傳輸方案，該技術(shù)也可以稱作智能無線電技術(shù)。CR技術(shù)可以自動為用戶選擇最佳的無線傳輸路徑，也可以根據(jù)現(xiàn)有的情況主動發(fā)送信息或者延遲傳輸。

（二）認(rèn)知無線電技術(shù)的主要特點(diǎn)1.認(rèn)知的特點(diǎn)。CR可以在所處的工作環(huán)境中監(jiān)測和感知信息，以特定的時(shí)間和空間為界，將部分沒有被應(yīng)用的頻譜資源做上標(biāo)記，進(jìn)一步選擇最佳的工作參數(shù)和頻譜，這就是其認(rèn)知的特點(diǎn)。CR認(rèn)知的過程中可以分為感知、分析和判定頻譜這三個(gè)部分。2.重構(gòu)的特點(diǎn)。CR設(shè)備在所處的工作環(huán)境中可以進(jìn)行動態(tài)編程，并且這些設(shè)備在收發(fā)數(shù)據(jù)過程中可以使用不一樣的傳輸技術(shù)，在不影響授權(quán)用戶使用的前提下，將感知到的空閑頻譜提供給可靠的用戶，這就是其重構(gòu)的特點(diǎn)。如果頻段已經(jīng)被授權(quán)用戶占用，CR可以運(yùn)用一定的方式轉(zhuǎn)換到其它空閑頻段，或者通過改變調(diào)制和發(fā)射頻率的方法繼續(xù)使用該頻段，并保障不影響首發(fā)用戶的正常使用。

三、認(rèn)知無線電技術(shù)的主要功能

目前CR技術(shù)的發(fā)展時(shí)間還不是很長，該技術(shù)的部分功能還沒有完全實(shí)現(xiàn)，由Mitola 提出的認(rèn)知循環(huán)還沒有得到完全的應(yīng)用。在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)CR總體框架過程中，使用的組織架構(gòu)不同其中的具體內(nèi)容也有所區(qū)別。從整體意義上來說，CR系統(tǒng)應(yīng)該具有檢測、分析、調(diào)整等基本功能。

1.檢測。CR由于所處的環(huán)境較為特殊，應(yīng)該具備無線頻譜檢測的能力，并在可以應(yīng)用的頻段范圍內(nèi)全方位地進(jìn)行精確檢測，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)可以利用的頻譜資源。在這種情況下CR設(shè)備應(yīng)該快速找出授權(quán)用戶，并隨時(shí)檢測授權(quán)用戶的活動情況，避免分配頻譜過程中對授權(quán)用戶造成干擾。2.分析。CR的分析內(nèi)容有網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、設(shè)備性能和外部數(shù)據(jù)等，也包括對用戶需求等相關(guān)數(shù)據(jù)分析。在設(shè)備檢測到信息后通過分析對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理。在獲取頻段信息后對頻點(diǎn)位置、用戶位置和發(fā)射時(shí)間等進(jìn)行分析，并研究信號通道狀況、傳輸性能等對首發(fā)用戶帶來的干擾等，分析內(nèi)容也有信息傳輸時(shí)間和帶寬等。3.調(diào)整。CR設(shè)備完成檢測和分析之后，根據(jù)相關(guān)的分析結(jié)果對功率控制、編解器和調(diào)制技術(shù)等進(jìn)行選擇和調(diào)整，并確定具體的發(fā)射時(shí)機(jī)和頻點(diǎn)，以此保障傳輸過程的通暢。要完成這個(gè)過程CR設(shè)備必須有較高的性能，可以自由在不同傳輸方案之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，遇到突發(fā)狀況能夠及時(shí)停止，并在不影響授權(quán)用戶的前提下提高傳輸效率。

四、認(rèn)知無線電技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法

（一）靈敏度高的接收器。在使用CR之前應(yīng)該評估其頻譜功率密度，找出正在使用的頻點(diǎn)[3]。在測量和評估頻譜功率過程中需要用到靈敏度較高的接收器，以保障可以測量到區(qū)域邊緣的信號。如某小區(qū)邊緣有一臺數(shù)字電視機(jī)，該電視機(jī)在接收信號過程中的靈敏度就接近接收器靈敏度的最大值，而CR要想檢測到這一信號其靈敏度就需要大于數(shù)字電視機(jī)的靈敏度。如果CR接收不到這一信號，可能會錯(cuò)誤地將該頻點(diǎn)判定為空閑，進(jìn)而在分配頻譜過程中對數(shù)字電視帶來干擾。該技術(shù)也涉及到對授權(quán)用戶狀態(tài)的檢測和定位等，屬于頻譜資源檢測中的重要設(shè)備。

（二）智能處理系統(tǒng)。CR設(shè)備根據(jù)檢測結(jié)果對無線傳輸情況和傳輸帶寬選擇等進(jìn)行分析評估，并確定多個(gè)技術(shù)參數(shù)的重要基礎(chǔ)就是智能處理系統(tǒng)。當(dāng)頻譜被確定之后CR需要根據(jù)授權(quán)用戶的干擾限值，進(jìn)一步計(jì)算自身的傳輸參數(shù)。干擾強(qiáng)度可以通過授權(quán)用戶的信號帶寬和傳輸距離這兩個(gè)因素確定，通過信號帶寬可以得出被干擾裝置的噪聲門限，而被干擾裝置接收到CR信號的強(qiáng)度可以通過距離確定。但這種分析方法較為簡單，可以讓CR首先對授權(quán)用戶的數(shù)據(jù)傳輸速率和信號類型進(jìn)行初步設(shè)別，根據(jù)這些額外的數(shù)據(jù)就可以得出被干擾裝置的準(zhǔn)確靈敏度數(shù)值。

（三）可重復(fù)配置的CR設(shè)備。CR設(shè)備主要根據(jù)可用頻譜資源和干擾強(qiáng)度等數(shù)據(jù)的分析，對無線電的功率和各種技術(shù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以此保障不影響授權(quán)用戶的情況下提高信號傳輸效率。CR設(shè)備具有較寬的工作頻帶，在選擇傳輸參數(shù)和傳輸方案過程中可以運(yùn)用多種方法，并且可以實(shí)現(xiàn)快速切換，具有可重復(fù)配置和性能高的特點(diǎn)。CR可以看做是SDR在檢測功能等方面的拓展，從CR的發(fā)展趨勢來看，未來絕大部分CR設(shè)備可能都是以SDR為基礎(chǔ)的，而SDR也將是CR技術(shù)的一種有效實(shí)現(xiàn)方法。

五、結(jié)語

認(rèn)知無線電技術(shù)是無線通信領(lǐng)域中的一項(xiàng)全新技術(shù)，越來越受到人們的重視。雖然目前CR技術(shù)在發(fā)展過程中還存在一些限制，但相信隨著無線電通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，必將為認(rèn)知無線電技術(shù)提供廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]李波，劉勤，李維英.認(rèn)知無線電技術(shù)[J].中興通訊技術(shù)，2010（02）.

[2]喬曉強(qiáng)，趙杭生，陳勇.認(rèn)知無線電與頻譜管理[J].軍事通信技術(shù)嗎，2011（01）.

[3]張愛清，葉新榮，丁緒星.認(rèn)知無線電中的頻譜管理技術(shù)[J].移動通信，2011（06）.

作者簡介：

侯玉（1987—），女，陜西省西安市，工作單位：中航飛機(jī)西安飛機(jī)分公司，職務(wù)：技術(shù)員。