对认知无线电应用中自适应无线电分配系统的探究

1、对认知无线电应用中无线电频率指配系统的探究黑旭东宁夏固原市无线电管理处 摘要 现阶段业界对于认知无线电研究主要集中于认知设备频谱分配算法等方向。本文另辟蹊径尝试探讨建立以无线电管理机构为主导的主动频谱指配系统，即通过认知终端二次认知获取可用频率，从而避免无线电监管过程中所存在的诸多问题出现，以达到进行频谱高效利用的目的，为智能无线电时代无线电监管工作提供新思路。关键字：认知无线电，频率指配，指配站，二次认知，探究0前言 按目前国际主流观点，未来认知无线电设备简而言之应当具备两大突出功能，其一应当具备完善的电磁环境感知及学习能力；第二应当具备自我发射参数调整能力。对于前者其强调认知设备的高度学习

2、能力，通过设备对使用地电磁环境的监测自动识别可用空闲频率作为主要认知途径；后者侧重于对设备自身发射功率、发射时间等参数的调整。通过研究分析我们发现，目前无线电应用大国无线电设备正在不断趋向于智能化、小型化发展。民用范围内无线电设备也将进一步随着生活无线电、体验无线电的发展而进一步得到普及和应用。然而，认知无线电的出现无论从设备体积、制造成本还是合法设备管理等方面均存在诸多亟待解决的难题，这意味着未来无线电管理和认知无线电的发展都将存在巨大的挑战和机遇。1认知无线电简介 美国FCC(联邦通讯委员会 )建议任何具有自适应频谱意识的无线电都应该被称为认知无线电CR。FCC更确切地把CR定义

3、为基于与操作环境的交互能动态改变其发射机参数的无线电，其具有环境感知和传输参数自我修改的功能。CR是一种新型无线电，它能够在宽频带上可靠地感知频谱环境，探测合法的授权用户(主用户)的出现，能自适应地占用即时可用的本地频率，同时在整个通信过程中不给主用户带来有害干扰。目前，CR的应用大多是基于FCC的观点，因此也称CR为频谱捷变无线电、机会频谱接入无线电等（见图1）。图1认知无线电物理层结构2认知无线电时代的无线电设备及监管所面临的困难 2.1认知设备成本过高 认知无线电设备按照FCC定义，其应当具备主动频谱侦测能力，然而根据现有无线电监测硬件技术及未来硬件小型化技术发展趋势，无线电监测设备硬件

4、体积难以短时间内实现微型化，即便监测系统实现高度集成，从研发到生产，一部认知设备拥有一套独立监测系统也势必造成认知终端体积累赘与成本过高的问题，这从根本上不利于认知无线电的推广与应用。 2.2主用户识别 主用户识别系统存在巨大安全挑战。新进入市场认知设备如何判别使用区域主用户的存在是认知设备自身发展的又一关键限制因素。仅从频谱划分认知，设备便难以区分主用户的合法性，如若采用第三方写入区域合法主用户数据又将对传统安全领域造成重大威胁。 2.3信号监测 现行无线电管理类似于我国居民户籍管理制度，无线电管理部门对合法用户实行一机一登记原则，每一台机器都拥有指定发射频率及规范的发射参数。在日常无线电监

5、测过程中，工作人员通过频谱样本数据库比对，可清晰直观的了解到发射信号的详细信息。然而，认知无线电设备具备主动感知频谱环境能力，可根据实时频谱环境自动选择可用频率进行发射，这就意味着以往依靠频率划分形成的频率数据台站库将失去意义，届时同一信号可能会在不同时间、不同频点以不同的调制方式出现在监测人员面前，这无疑将对无线电监测工作带来了巨大的挑战。 2.4无线电不明信号及干扰查处以往不明信号捕捉与查找均是通过固定频点进行信号测向定位，面对认知无线电技术发展，不明信号将会以跳频及扩频形式集中出现，现有无线电侦测设备已无法满足新时代所带来的技术挑战。如不能及时发现和查处有害认知设备，其将对国防安全、民航

6、、铁路等一系列关键部门带来严重的威胁与隐患。3认知无线电指配系统构想 3.1认知终端二次认知理论 对于认知无线电过程中已发现并潜在的安全问题，设备的二次认知方法可较为有效的避免以上问题的出现。所谓的认知终端二次认知即是指：“在认知终端使用区域由当地无线电主管机构建立小型频率指配站系统，通过该系统对网格区域电磁环境进行首次认知，形成区域可用频谱实时数据。认知终端通过链接请求获取可用频率进行二次频率选择发射的过程。” 3.1小型指配站构想 根据终端二次认知理论，无线电管理部门可在适当区域建设集监测、计算、指配、调度等功能为一体的小型无线电频谱指配系统，其能够实现在极短时间周期内完成区域样本采集、空

7、闲频谱分析、可用频率指配、响应终端信息保存等一系列功能。该系统在完成首次频谱认知工作的同时，以系统广播形式发布指令等待合法认知终端（需当地无线电管理部门登记备案并检验合格）搜索和接入，一旦验证成功，认知终端将获取小型指配站临时指配的频率进行发射，直到区域合法主用户申请接入小型指配站为止（见图2）。 图2小型指配站指配流程3.2小型指配站工作原理第一步，通过网格化指配站监测采集区域频谱使用数据，自动形成可用频谱规划，同时发射广播信令等待认知无线设备链接申请。第二步，认知终端设备开机搜索本区域指配站广播信令，建立链接后，终端向指配站发送链接申请同时传递终端设备信号、功能需求、占用带宽、地理信息等一

8、系列本机基础信息。第三步，由小型指配站接纳并储存相关设备信息，同时按终端需求指配可临时使用频率并储备多个备用频率以供优先级用户接入时用户跳转使用。第四步，认知终端接收到指配站指配频率后进行正常发射。图3小型指配站工作步骤 3.3指配站系统优势3.3.1合理规划区域可用频谱由于无线电传播受地形地势等多种因素制约，粗犷式的无线电频谱区域规划需要进行大量数据采集，与此同时还需整合大量数据进行数据分析计算，这无疑将对各地管理部门人力物力财力带来巨大挑战。而采用网格化频谱指配系统，可在有城市区域效避免多径衰落影响，从而详细记录各个区域真实频谱数据，为各级无线电管理者提供有效参考。3.3.2减少认知终端设

9、计成本现有认知无线电终端设计理念中，无线电电磁环境测试部分都将作为个体终端重要设计参数之一，一旦认知无线电设备投入实际使用，其个体部分功能便等同于小型无线电监测设备功能。其工作初始便需重复对当地电磁环境进行扫描测试确定可用频率。然而，通过上层无线电指配系统的建立，即可达到高效管理频谱的目的，同时也节省了认知设备终端制造成本，缩小了使用终端实用体积，这将对认知无线电设备的推广具有重大而积极的意义。3.3.3高效开展无线电监管工作通过建立网格化无线电频率指配系统，可有效的将已进入市场的认知终端纳入管理。在实际工作过程中认知终端每次链接指配站都将反馈自身信息，这便免去了以往工作人员必须逐个检验台站数据的工作负担。某区域一旦出现不明信号干扰，指配站便可实时做到监测定位。与此同时，小型指配站也可通过接入台站所附带的信息进行精确查找定位，从而极大提升无线电监管能力。4小结 小型智能无线电设备未来必将成为智慧城市的重要组成部分之一。然而面对日益增多的无线电台站设备，日渐紧缺的频谱资源现状也必将催生