认知无线电技术介绍

标准化文件发布号：(9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY- 认知无线电是一种可以感知外界通信环境的智能通信技术，它能够通过对外部环境的理解与学习，实时调整通信网络内部配置，智能地适应外部环境的变化。认知无线电展示了管理复杂网络的新方向，它试图将人工智相关技术引入到网络中，使网络具有自管理、自学习、自优化的能力，从而真正实现网络的可控制、可管理、可信任。同时，它更加注重应用端到端的目标，能明显改善网络QoS和用户的业务体验。文章从认知无线电的基本概念出发，阐述了认知无线电的基本特征和系统平台结构、发展及研究现状，包括涉及的一些关键技术以及应用领域的相关介绍。ctsystemCognitiveradioispossibletoperceivethehwhichitlearnsfromtheenvironmentthenrnalcommunicationnetworkconfigurationandngesintheexternalenvironmentCognitiveradionagingthecomplexnetworksitattemptstofuseialintelligenceintothenetworkformingabrandnewselflearningselfoptimizingwhichcanrealizetherolmanagementandtrustAtthesametimeitfocusonichiscapableofsignificantlyimprovingnetworkceFromthebasicconceptsofcognitivenetworkweicsofthecognitiveradiosystemimplementationmentofinvolvingresearchinthispaperincludingseveralkeytechnologiesandapplications.icskeytechnologyApplication1、认知无线电简介技术产生背景及意义随着无线通信技术的飞速发展，人们可以获得的带宽不断的增加。以移动的需求。一方面，人们不断开发新的无线通信技术，利用新的频段来提业务；另外一方面，各种改进的调制和编码技术也使得现有频谱的利用以提高。然而，频谱资源终究是有限的，并且变得越来越紧张。尤其是网(WLAN)技术、无线个人域网络(WPAN)技术的发展，越来越多的。而另外一些通信业务(如电视广播业务等)需要通信信业务的干扰。为了提供良好的保频段相比，非授权频段的频谱资源要少很多。而相当数量的授权频谱资源用率却非常低。于是就出现了这样的事实：某些部分的频谱资源相对较少承载的业务量很大，而另外一些已授权的频谱资源利用率却很低。因可以得出这样的结论：基于目前的频谱资源分配方法，有相当一部分频谱向。1999年，JosephMitola在他的学术论文中首先提出了认知无线电的概念，身传输参数的无线想就是使无线通信设备具有发现“频谱空洞”并合理利题提供了全新空间上的频谱空的有效途径，也是技术和应理念和平台结构认知无线电的基本出发点就是：为了提高频谱利用率，具有认知功能的无OpportunisticWay的方式工作在已授权的频段少的通信业务在活动的情中出现的可以被利用的频谱资源被称为“频谱空要做到这一点，非授权用户必须些规则可以随时根据频谱的利用情况、通信业务的负荷与分布等进行不断的调整，因此通过这些规则，频谱管理者就能以更为灵活的方式来管理宝贵的频谱论对于软件无线电平台还是认知无线电平台，软件部分的硬件支撑都是通用硬件平台。也就是说，从图可以看出，和软件无线电类似，认知无组成，为软件提供硬件支撑的认知无线电通用硬件平台的组成和结构与软件无认知无线电还需要完成频谱感知、频谱分析、频谱判决等认知无线电特有的功能。相对软件无线电系统而言，认知无线电系统射频模块的特点就是，它需要协助系统甚至单独完成宽带频谱感知功能。这个功能要求射频模块的射频硬件认知无线电的发展及研究现状CognitiveRadioCR起源于1999年JosephMitola博士的奠展开，并在单纯通过现有的传输技术无法有效解决频谱利用效率偏低的情况一个研究方向是降低信号的功率谱密度来进行频谱的复用，其典型应用就是超宽带(UWB，UltraWideband)技术。管理技术，以达到充分利用频谱的在不影响授权频段的正常通信的基础上，可以按照某种机会方式来接入授权的频段、频谱移动性管理、认知无线外的大学和科研机构也相续开展了认知无线电技术的研究。其中主要的研究机构有美国国防高级研究计划署(DARPA，DefenseAdvancedResearchProjectsAgency)、维吉尼亚无线通信技术中心、英系统研究中中心、荷兰研究。国内究状况，国2、认知网络关键技术知并分析特定区域的频段，找出适合通信的“频谱空存在低功率的干扰；白空：仅存在环境噪声量，包括热噪声、瞬时反射、脉冲黑空(或灰空)和白空之间的转变进行监测。谱检测即对所观察的频段进行干扰温度的估内的干扰功率谱密度，它的设定是用来量化和管对经过谱估计得到的干扰温度，可以给出干扰温干扰温度估计时，为了能够更好地感知待测区域法中引入了空间的概念，通常会用大量的传感器号的接收。这些传感器可以是指专门设置的接收统的各个无线用户终端。通过这些传感器进行无信号在空间上的不同和差异。针对来自多个传感经过恰当的频谱分析算法，即可得到对应于特定几个时段内均小于门限要求，即可认为出现了“频谱空传输方式，该调制方式可以通过频率的组合或裁剪实现频谱资源的充分利，可以灵活控制和分配频谱、时间、功率、空间等资源，自适应频谱资源分无线电具有感知无线环境的能力。通过对干扰温度的测量，可以确通过子载波(子带)的分配，将一些不规律和不连续的频谱资术功率控制的完备性和收敛性，既要不造成干扰又要使认知无线电有较好的间距离、衰落)做出判断，同时还需要计算出可分配的功率大小。无线电资源的合理分配和充分利用。为了寻求保证服务质量和最大通过率最佳工作状态，需综合应用动态子载波分配技术、自适应子载波的功率分术、自适应调制解调技术以及自适应编码技术等一系列自适应技术，形成的自适应算法。根据子载波的干扰温度，通过自适应地调整通信终端的工数，从而达到最佳工作状态。设计合理的自适应传输技术可以大幅提高频知无线电下的频谱管理用户在非授权状况下使用频率，必将引起无线门的注意，并且必定会力求将这种对频率的使用纳入其管理之下。从方法是改变频谱管理思想和频谱管理规则，使其适应用户的需求和技者提出对频谱划分的新设想：依照频谱应用状况以及干扰的影响，)、无限制的非授权使用。在现阶段，绝大多数频谱为第一等该使第一等级频谱所占的范围缩小，第二和第三等级频谱所占的范围扩3、认知无线电的标准化认认知无线电技术被视为解决当前频谱资源利用率低的有效方案。各标准化组织和行业联盟纷纷展开对认知无线电技术的研究，并着手制定认知无线电的的机构主要有美国电气电子工程师协会(IEEE)、国际电信联盟(ITU)、软件无线电论坛(SDRForum)和美国国防部高级研究计划署(DARPA)等。表1中P00)。其中，是采用认知无线电技术为基础的空中接口标准，IEEESCC41的接入等技术都属于认知无线电的范畴。因已经完成的标准化有：(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)。4、认知无线电的应用场景(1)在WRAN中的应用使用需要无线许可的是使用认知无线电技术将分配给电视广播的VHF/UHF频带(北美为54~862MHz)的频率用作宽带访问线路，将空闲频道有效地利用起来。标准工9月完成了对WRAN的功能需求和信道模型文档，2006年开始对各个公司提交的提案进行审议和合并，并于2006年3月形成了最终的合并提案作为(2)在UWB中的应用UWBImpulseRadar行安全通信中的精确定位和成像。至20世纪90年代UWB，之后UWB技术开始应用于民用领域。UWB由，技术，而且是未来多媒体宽带无线通信中最够感知周围频谱环境的特性，通过动态的频段，潜在地证高优先级的授权主用户对频段的优先使(3)在Ad-hoc中的应用Adhoc无线电技术能够实时地收集信息并且自动选择波形，并向各方通知尚未使用的频率信功耗多跳Ad-hoc网络，能够满足分布式认知用户之间的通信需MAC协议。(4)在WLAN中的应用N公已经成为很多人生活方式的一部分。随着无线局域网的普及，信道，这正是解决WLAN频段拥挤问于WLAN而言更具有吸引力。而且无线局域网更有利于认知无(5)在Mesh网络中的应用无线Mesh网络是近几年出现的具有一种无线多跳(Multiho)p的网络结构。在Mesh网络中，每个节点可以和一个或者多个对等节点直接通信；同时也能模拟近节点之间的低功率传输取代了远距离节点间的大功率传输，实现了低成本的有节点之间是相互协作的，如果Mesh网络中的一条链Mesh务吞吐量线宽带接入。认知Mesh网络通过中继方式可以有效地扩展网络覆盖范围，当Mesh络是由认知接入点和固定中继点组成时，无线Mesh网加。尤其是在受限于视距传输的微波频段，认知Mesh网5、结语认知无线电的核心思想就是使无线通信设备具有发现“频谱空洞”并合理利的相当关注，工业界对如何将其应用于实际通信系统也产生了浓厚的兴趣。虽然域持续投入精力进行更深入的研究，要真正实现认知无线电技术还需解决包括参考文献频谱感知技术[J].吉[2]HaykinS.CognitiveRadio:Brain-Empow