認(rèn)知無線電關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

葉登門克

（作者單位：新疆廣電局）

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認(rèn)知無線電關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

葉登門克

（作者單位：新疆廣電局）

摘 要：認(rèn)知無線電技術(shù)有效解決了頻譜資源匱乏的問題，成為近年來研究的熱點(diǎn)之一。本文介紹了認(rèn)知無線電的定義和三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，并分析了該技術(shù)在民用和軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知無線電；無線頻譜；自適應(yīng)傳輸；跨層設(shè)計(jì)；應(yīng)用領(lǐng)域

1 認(rèn)知無線電的定義

“認(rèn)知無線電（Cognitive Radio）”的概念最初是由John Mitola博士在1999年提出的，他指出，認(rèn)知無線電設(shè)備具有足夠的認(rèn)知能力，能對(duì)無線通信環(huán)境的變化做出感應(yīng)，然后在此基礎(chǔ)上調(diào)整其參數(shù)，從而滿足傳輸方面的要求。因此，認(rèn)知無線電具有智能化和靈活性的特點(diǎn)。

2 認(rèn)知無線電關(guān)鍵技術(shù)

2.1 無線頻譜感知技術(shù)

頻譜檢測(cè)包括不同的方法，以檢測(cè)策略為標(biāo)準(zhǔn)可分為MAC層檢測(cè)、物理層檢測(cè)和多用戶協(xié)作檢測(cè)三種方式。MAC層檢測(cè)主要針對(duì)的是兩個(gè)問題：其一，在多信道的情況下如何提高頻譜利用率或者吞吐量；其二，如何在檢測(cè)周期的優(yōu)化和對(duì)信道的檢測(cè)次序的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)信道平均搜索的最短用時(shí)，或者實(shí)現(xiàn)可用空閑信道數(shù)量的最大化。物理層檢測(cè)的目的是判斷一個(gè)授權(quán)頻段是否被占用，判斷的標(biāo)準(zhǔn)主要是在時(shí)域、空域和頻域三個(gè)方面，檢測(cè)該頻段是否存在授權(quán)用戶的信號(hào)。多用戶協(xié)作檢測(cè)則結(jié)合了前兩者的檢測(cè)技術(shù)，在要求各個(gè)用戶自身的物理層檢測(cè)技術(shù)性能更高的同時(shí)，還要求MAC層具有高效的協(xié)調(diào)機(jī)制。

2.2 自適應(yīng)傳輸技術(shù)

自適應(yīng)傳輸技術(shù)包括兩類，二者分別基于業(yè)務(wù)和信道質(zhì)量。前者主要以滿足多業(yè)務(wù)傳輸不同的QoS需求為目的，實(shí)現(xiàn)的路徑是在上層，目前應(yīng)用這種技術(shù)的領(lǐng)域包括有線網(wǎng)絡(luò)的搭建。通過感知的信道和環(huán)境參數(shù)，認(rèn)知無線電可以預(yù)判結(jié)果，使用技術(shù)手段使無線電參數(shù)變得更加優(yōu)化，既能滿足用戶的性能水平，又能使功率消耗和帶寬這類被消耗的資源程度最小化。

2.3 跨層設(shè)計(jì)技術(shù)

在目前的技術(shù)條件下，頻譜資源和功率資源都是有限的，但現(xiàn)在對(duì)二者的利用并不充分和有效。主要因?yàn)槟壳暗姆謱訁f(xié)議棧在設(shè)計(jì)時(shí)，僅僅考慮了最差的通信條件這一種背景。跨層設(shè)計(jì)可以有效地改善這一現(xiàn)狀，它可以在現(xiàn)有的分層協(xié)議棧的各層之間引入，并且傳遞特定的信息，達(dá)到協(xié)調(diào)各層之間的運(yùn)行、適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的效果，最終使用戶在各種新業(yè)務(wù)應(yīng)用方面的個(gè)性化需求得到滿足。

3 認(rèn)知無線電的應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 蜂窩移動(dòng)網(wǎng)應(yīng)用

在異構(gòu)無線環(huán)境中，無線接入網(wǎng)絡(luò)有多個(gè)種類，由不同的運(yùn)營商運(yùn)行，運(yùn)行的頻段不盡相同。認(rèn)知無線電技術(shù)，可以使終端能選擇不同的運(yùn)營商和不同的無線接入網(wǎng)絡(luò)，認(rèn)知無線電是實(shí)現(xiàn)蜂窩移動(dòng)網(wǎng)多樣性的有效技術(shù)。在實(shí)現(xiàn)多樣性的同時(shí)，還需要保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，隨著無線環(huán)境的變化和終端的移動(dòng)，可以通過快速切換適合的無線網(wǎng)絡(luò)保障其穩(wěn)定性。

3.2 軍事通信應(yīng)用

3.2.1 頻譜管理

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境變化迅速，這就要求戰(zhàn)場(chǎng)上的通信頻譜管理必須具備動(dòng)態(tài)性、集中性與分布性相結(jié)合的特點(diǎn)，換言之，無線電信號(hào)感知功能需要加之于每一部電臺(tái)上面。同時(shí)，軍事中的頻譜管理也要求通信網(wǎng)絡(luò)中的通信節(jié)點(diǎn)和感知節(jié)點(diǎn)的數(shù)量足夠多，軍用認(rèn)知無線電可以使同一部電臺(tái)同時(shí)具有偵察和通信的功能，從而實(shí)現(xiàn)頻譜管理的需求。

3.2.2 抗干擾通信

在軍事通信領(lǐng)域中，抗干擾能力是非常重要的一個(gè)方面，它往往直接關(guān)系到信息的傳輸，如何提升電臺(tái)的抗干擾能力就成了重中之重，而軍用認(rèn)知無線電臺(tái)在這方面可以起到顯著的作用。如何選擇適當(dāng)?shù)目垢蓴_通信方法的基礎(chǔ)或標(biāo)準(zhǔn)就是通信業(yè)務(wù)的需求、頻譜感知和干擾信號(hào)的特征，比如考慮使用在安靜頻率上突發(fā)通信的方法進(jìn)行短報(bào)文通信。

3.3 高速鐵路移動(dòng)通信應(yīng)用

高速列車在固定的軌道上運(yùn)行時(shí)，它的位置、方向和周圍的無線環(huán)境參數(shù)具有很強(qiáng)的規(guī)律性，有利于充分利用先驗(yàn)知識(shí)和既有案例的經(jīng)驗(yàn)。使用鐵路專用的無線環(huán)境圖，提供無線環(huán)境的多維參數(shù)，通過認(rèn)知無線網(wǎng)關(guān)來支持不同的無線設(shè)備。認(rèn)知無線網(wǎng)關(guān)通過相似函數(shù)評(píng)估與以往既有案例的相似性，從無線環(huán)境圖中找到最匹配的場(chǎng)景，從而獲得無線信道參數(shù)以及系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。

4 結(jié)語

認(rèn)知無線電技術(shù)因其具有智能化和靈活性的特點(diǎn)，成為近年來無線通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。除了本文所概述的蜂窩移動(dòng)網(wǎng)、軍事通信、高速鐵路通信領(lǐng)域外，該技術(shù)還在智能電網(wǎng)、醫(yī)療體域網(wǎng)、農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。因此，認(rèn)知無線電技術(shù)十分值得相關(guān)科研工作者進(jìn)一步深入研究。

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作者簡(jiǎn)介：葉登門克（1982-），男，新疆博樂人，本科，助理工程師。研究方向：廣播發(fā)射與傳輸。