浅谈认知无线电技术的研究与发展

【摘 要】认知无线电技术是对软件无线电功能的特殊拓展，有效解决了频谱资源无法高效利用这个制约无线通信发展的难题。认知无线电充分应用了智能频谱共享这一新技术，可以运用感知和学习频谱环境的方式对频谱进行再利用，极大改善了频谱利用率低的问题。本文首先简要介绍了认知无线电技术，讨论了认知无线电技术的主要功能，并探讨了认知无线电技术的实现方法。

【关键词】认知无线电 软件无线电 频谱资源

一、引言

随着无线通信技术的发展与无线通信业务范围的不断扩大，我们可以利用的频谱资源越来越少[1]。无线频谱作为一种可以为我们生活带来便利的宝贵资源，如何提高其利用效率是制约无线通信发展的一大难题。近年来人们越来越关注频谱资源的再利用技术。认知无线电（CR）技术是对软件无线电（SDR）功能的特殊拓展，有效解决了频谱资源无法高效利用这个制约无线通信发展的难题。

二、认知无线电技术概述

（一）认知无线电技术的概念。Joseph Mitola于1999年首先提出了认知无线电这一概念，在学术论文中对CR理论进行了描述，并在论文答辩过程中对该理论进行了详细阐述[2]。从广义上来看认知无线电的终端具有一定的认知能力，可以对所处的环境进行检测、分析和判断推理，并利用获取的结果进行传输参数调整，然后制定最佳的无线传输方案，该技术也可以称作智能无线电技术。CR技术可以自动为用户选择最佳的无线传输路径，也可以根据现有的情况主动发送信息或者延迟传输。

（二）认知无线电技术的主要特点1.认知的特点。CR可以在所处的工作环境中监测和感知信息，以特定的时间和空间为界，将部分没有被应用的频谱资源做上标记，进一步选择最佳的工作参数和频谱，这就是其认知的特点。CR认知的过程中可以分为感知、分析和判定频谱这三个部分。2.重构的特点。CR设备在所处的工作环境中可以进行动态编程，并且这些设备在收发数据过程中可以使用不一样的传输技术，在不影响授权用户使用的前提下，将感知到的空闲频谱提供给可靠的用户，这就是其重构的特点。如果频段已经被授权用户占用，CR可以运用一定的方式转换到其它空闲频段，或者通过改变调制和发射频率的方法继续使用该频段，并保障不影响首发用户的正常使用。

三、认知无线电技术的主要功能

目前CR技术的发展时间还不是很长，该技术的部分功能还没有完全实现，由Mitola 提出的认知循环还没有得到完全的应用。在设计和实现CR总体框架过程中，使用的组织架构不同其中的具体内容也有所区别。从整体意义上来说，CR系统应该具有检测、分析、调整等基本功能。

1.检测。CR由于所处的环境较为特殊，应该具备无线频谱检测的能力，并在可以应用的频段范围内全方位地进行精确检测，进一步发现可以利用的频谱资源。在这种情况下CR设备应该快速找出授权用户，并随时检测授权用户的活动情况，避免分配频谱过程中对授权用户造成干扰。2.分析。CR的分析内容有网络状态、设备性能和外部数据等，也包括对用户需求等相关数据分析。在设备检测到信息后通过分析对相关数据进行初步处理。在获取频段信息后对频点位置、用户位置和发射时间等进行分析，并研究信号通道状况、传输性能等对首发用户带来的干扰等，分析内容也有信息传输时间和带宽等。3.调整。CR设备完成检测和分析之后，根据相关的分析结果对功率控制、编解器和调制技术等进行选择和调整，并确定具体的发射时机和频点，以此保障传输过程的通畅。要完成这个过程CR设备必须有较高的性能，可以自由在不同传输方案之间进行转换，遇到突发状况能够及时停止，并在不影响授权用户的前提下提高传输效率。

四、认知无线电技术的实现方法

（一）灵敏度高的接收器。在使用CR之前应该评估其频谱功率密度，找出正在使用的频点[3]。在测量和评估频谱功率过程中需要用到灵敏度较高的接收器，以保障可以测量到区域边缘的信号。如某小区边缘有一台数字电视机，该电视机在接收信号过程中的灵敏度就接近接收器灵敏度的最大值，而CR要想检测到这一信号其灵敏度就需要大于数字电视机的灵敏度。如果CR接收不到这一信号，可能会错误地将该频点判定为空闲，进而在分配频谱过程中对数字电视带来干扰。该技术也涉及到对授权用户状态的检测和定位等，属于频谱资源检测中的重要设备。

（二）智能处理系统。CR设备根据检测结果对无线传输情况和传输带宽选择等进行分析评估，并确定多个技术参数的重要基础就是智能处理系统。当频谱被确定之后CR需要根据授权用户的干扰限值，进一步计算自身的传输参数。干扰强度可以通过授权用户的信号带宽和传输距离这两个因素确定，通过信号带宽可以得出扰装置的噪声门限，而扰装置接收到CR信号的强度可以通过距离确定。但这种分析方法较为简单，可以让CR首先对授权用户的数据传输速率和信号类型进行初步设别，根据这些额外的数据就可以得出扰装置的准确灵敏度数值。

（三）可重复配置的CR设备。CR设备主要根据可用频谱资源和干扰强度等数据的分析，对无线电的功率和各种技术参数进行调整，以此保障不影响授权用户的情况下提高信号传输效率。CR设备具有较宽的工作频带，在选择传输参数和传输方案过程中可以运用多种方法，并且可以实现快速切换，具有可重复配置和性能高的特点。CR可以看做是SDR在检测功能等方面的拓展，从CR的发展趋势来看，未来绝大部分CR设备可能都是以SDR为基础的，而SDR也将是CR技术的一种有效实现方法。

五、结语

认知无线电技术是无线通信领域中的一项全新技术，越来越受到人们的重视。虽然目前CR技术在发展过程中还存在一些限制，但相信随着无线电通信技术的不断进步，必将为认知无线电技术提供广阔的发展前景。

参考文献：

[1]李波，刘勤，李维英.认知无线电技术[J].中兴通讯技术，2010（02）.

[2]乔晓强，赵杭生，陈勇.认知无线电与频谱管理[J].军事通信技术吗，2011（01）.

[3]张爱清，叶新荣，丁绪星.认知无线电中的频谱管理技术[J].移动通信，2011（06）.

作者简介：

侯玉（1987―），女，陕西省西安市，工作单位：中航飞机西安飞机分公司，职务：技术员。