淺析認知無線電技術

本文通過對認知無線電（CR）的概念、提出的背景、特點、原理的介紹，分析了它的若干關鍵技術，並說明了它的頻譜管理思想、發展現狀，最後提及了它與軟體無線電（SDR）的關係。研究認為，現階段應把CR和SDR技術聯繫起來，待各自技術相對成熟後，再將SDR技術融合到CR中，實現真正意義上的CR。
[關鍵詞] CR； 關鍵技術； SDR

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/155268.htm

引 言
現代社會中，無線頻譜已成為不可或缺的寶貴資源。美國聯邦通信委員會（FCC）的大量研究表明，一些非授權頻段如工業、科學和醫用頻段以及用於陸地移動通信的2GHz左右的頻段過於擁擠，而有些頻段卻經常空閒。於是人們想到，若有一種系統,它能自動感知所處的頻譜環境，發現頻譜空洞(暫時沒有被主用戶使用的頻段)並利用它，就能在很大程度上提高頻譜利用率。基於這種思想，人們提出了認知無線電。

1 認知無線電概念
認知無線電(Cognitive Radio,CR) 的概念起源於1999年Joseph Mitolo博士的奠基性工作[1]。它可以通過學習、理解等方式，自適應的調整內部的通信機理、實時改變特定的無線操作參數（如功率、載波調製和編碼等）等，來適應外部無線環境，自主尋找和使用空閒頻譜。它能幫助用戶選擇最好的、最適合的服務進行無線傳輸，甚至能夠根據現有的或者即將獲得的無線資源延遲或主動發起傳送。

2 認知無線電特點
對環境的感知能力：此特點是CR技術成立的前提，只有在環境感知和檢測的基礎上，才能使用頻譜資源。頻譜感知的主要功能是監測一定範圍的頻段，檢測頻譜空洞。
對環境變化的學習能力、自適應性：此特點體現CR技術的智能性，在遇到主用戶信號時，能儘快主動退避，在頻譜空洞間自如的切換。
通信質量的高可靠性：要求系統能夠實現任何時間任何地點的高度可靠通信，能夠準確地判定主用戶信號出現的時間、地點、頻段[2]等信息，及時調整自身參數，提高通信質量。
系統功能模塊的可重構性：CR設備可根據頻譜環境動態編程，也可通過硬體設計，支持不同的收發技術。可以重構的參數包括：工作頻率、調製方式、發射功率和通信協議等。

3 認知無線電原理
認知無線電原理如圖1所示,由圖可看出,CR設備對周圍環境感知、探測、分析，這種探測和感知是全方位的，應對地形、氣象等綜合信息也有所了解。由此圖也可得出，CR是高智能設備，應包含一個智能收發器。有了足夠的人工智慧，它就能吸取過去的經驗對實際情況進行響應，過去的經驗包括對死區、幹擾和使用模式等的了解。它的學習能力是使它從概念走向應用的真正原因。

圖1：認知無線電原理圖
當CR用戶發現頻譜空洞，使用已授權用戶的頻譜資源時[3]，必須保證它的通信不會影響到已授權用戶的通信，一旦該頻段被主用戶使用，CR有兩種應對方式：一是切換到其它空閒頻段通信；二是繼續使用該頻段，改變發射頻率或調製方案，避免對主用戶的幹擾。

4 認知無線電的關鍵技術
4．1 頻譜檢測技術
頻譜檢測是在複雜的環境中監測出CR可以使用的頻譜空隙，下圖2是實際中的操作圖：

圖2:實際中的頻譜檢測圖
上圖中，左邊部分是對所處環境的處理，掌握環境的各種信息是正確判決頻譜信息的前提，如何從複雜環境中提取有用的信息，需要科研人員綜合各種技術。