认知无线电教材

2024/6/61认知无线电2024/6/62InternationalStandardizationofCognitiveRadioSystems（CRS的国际标准）认知无线电概述认知无线电系统的基本概念认知无线电系统的国际标准2024/6/63认知无线电概述

认知无线电的发展背景认知无线电的概念和特点认知无线电的基本原理与关键技术认知无线电的发展现状2024/6/64认知无线电的发展背景

无线频谱现状：

频谱资源紧张，很多国家差不多已经将可用频谱资源分配完毕。留给新系统、业务和技术的频谱很少甚至没有频谱可分配。2024/6/65认知无线电的发展背景上图是美国纽约的频谱利用情况：频谱利用率仅15%-20%（授权频谱）。2024/6/66认知无线电的发展背景频分复用时分复用蜂窝小区如何才能提高频谱利用率呢？2024/6/67认知无线电的发展背景

传统技术在一定程度上提高频谱利用率和传输容量，即便如此，频率资源问题仍旧突出。认知无线电的提出在一定程度上减缓了频率资源短缺问题。2024/6/68认知无线电的概念和特点

概念的提出：

认知无线电(CognitiveRadio)这个术语首先是JosephMitola在软件无线电概念的基础上提出的。其核心思想是CR具有学习能力，能与周围环境交互信息，以感知和利用在该空间的可用频谱，并限制和降低冲突的发生。2024/6/69认知无线电的概念和特点两个概念：FCC认为：“CR是能够基于对其工作环境的交互改变发射机参数的无线电”SimonHaykin则从信号处理的角度出发，认为：“CR是一个智能无线通信系统。它能够感知外界环境，并使用人工智能技术从环境中学习，通过实时改变某些操作参数(比如传输功率、载波频率和调制技术等)，使其内部状态适应接收到的无线信号的统计性变化，以达到以下目的：任何时间任何地点的高度可靠通信；对频谱资源的有效利用。”

2024/6/610认知无线电的基本原理与关键技术

基本原理

CR设备对周围环境感知、探测、分析，这种探测和感知是全方位的，应对地形、气象等综合信息也有所了解。由此图也可得出，CR是高智能设备，应包含一个智能收发器。有了足够的人工智能，它就能吸取过去的经验对实际情况进行响应，过去的经验包括对死区、干扰和使用模式等的了解。它的学习能力是使它从概念走向应用的真正原因。2024/6/611认知无线电的基本原理与关键技术关键技术频谱检测匹配滤波器法能量检测法循环平衡特定检测法自适应传输技术

OFDMUWB频谱管理目前各种基于CR的频谱管理思想和管理规则仍在研究之中。2024/6/612认知无线电的发展现状

目前，认知无线电技术炙手可热，应用前景一片大好。有报道称具有认知功能的无线局域网产品将在近一两年内问世，但是要真正实现CR技术还需解决包括频谱检测技术、自适应频谱资源分配技术和无线频谱管理技术等关键技术问题。最引人关注的项目是IEEE802.22工作组的工作，该工作组制订了利用空闲电视频段进行宽带无线接入的技术标准，这是第一个引入认知无线电概念的IEEE技术标准化活动。2024/6/613认知无线电系统的基本概念

认知无线电系统的定义认知无线电系统的基本特性认知无线电系统的分类2024/6/614认知无线电系统的定义

ITU-RWP1B的定义：认知无线电系统是引进如下技术的无线电系统：允许系统获取关于自身运行环境和地理环境，已建立政策以及自身内部状态的有关信息；根据已获信息动态自主地调整运行参数和礼仪来达到预期目标；

学习获得的结果。

2024/6/615认知无线电系统的基本特性从以上对认知无线电系统的定义我们可以得出其基本特性：获取信息；动态自主的调整自身运行参数和礼仪；从先前的调整结果中学习来改善自身性能。2024/6/616认知无线电系统的基本特性认知无线电系统框图2024/6/617CRS基本特性-获取信息获取信息的基本成分：CRS运行无线电环境：例如，当前频谱使用情况，指示可用无线电系统，使用中的分配频段，无线通信系统的覆盖范围，干扰水平等。CRS地理环境：例如，CRS或其他无线电系统设备的位置和其天线方向，CRS用户在地理位置上的分布等。2024/6/618CRS基本特性-获取信息CRS自身内部状态：自身配置（比如，无线电使用的频带，礼仪），流量负载分布，传输功率。已建政策比如，CRS应该避免对其他无线电系统造成有害干扰这样的约束政策。使用方式

用户需求高带宽，低延时，费用低。2024/6/619CRS基本特性-获取信息获取信息的方法：从无线电系统设备中收集信息地理定位频谱感应频谱空穴数据库接入认知辅助信道的接入2024/6/620CRS基本特性-调整参数包括两个方面：

决策与重构

CRS拥有智能的管理系统，该系统能够作出决定是否进行参数和礼仪的调整。然后对输出功率，频带，无线接入技术等参数进行重构。2024/6/621CRS基本特性-学习能力从先前的调整结果中学习来改善自身性能。2024/6/622CRS基本特性-总结2024/6/623CRS的分类

许多CRS部署方案，使用实例和商业实例是可行的。我们通常把CRS分成两类：异构型CRS；频谱共享型CRS。2024/6/624CRS的分类-异构型通过重构来使用分配给运营商的不同频带用特定的RAT给终端提供无线连接2024/6/625CRS的分类-异构型应用特定的RAT，这样的终端可以连接特定的运营商，或者其他与该运营商有漫游协议的运营商能够自我重构来应用不同的RAT，相应的，它可以在不同无线接入网络之间切换。2024/6/626CRS的分类-异构型在异构型CRS中，有数个是可执行的部署方案网络部署方案一：基站是授权型的，终端部分是授权型的，部分是重构型的。2024/6/627CRS的分类-异构型2024/6/628CRS的分类-异构型2024/6/629CRS的分类-异构型部署方案二：

移动无线路由把多个无线电系统和终端连接起来。2024/6/630CRS的分类-频谱共享型使用相同或不同的接入技术的CRS能够共享相同的频带。部署方案一：多个无线电接入网络在未授权频带上运行。部署方案二：次级系统在电视广播运营商的频谱空穴上运行。（注意：必须保证对广播电视服务的保护，并且能让主次系统的共存）2024/6/631CRS的分类-频谱共享型2024/6/632认知无线电系统的国际标准国际电信联盟（InternationalTelecommunicationsUnion;ITU）美国电气和电子工程师协会（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers；IEEE）欧洲电信标准化协会(EuropeanTelecommu