2015-5-21
1
International Standardization of Cognitive Radio Systems（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


2015-5-21
2
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

2015-5-21
38
CRS的分类-异构型
2015-5-21
39
CRS的分类-异构型
2015-5-21
40
CRS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。
2015-5-21
41
CRS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）
2015-5-21
5
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。
2015-5-21
6
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）。
3



2015-5-21
认知无线电的发展背景

传统硬件无线电 在硬件中执行所有的无线电功能，任何功能变 化都要求用物理手段实现。所有无线电都能够 进行调谐以选取特定(有限制的)频率范围，而 改变这种调谐需要一定时间。传统上，在无线 电硬件中定义了这些调谐特性，目的是使这些 特性可编程化。
2015-5-21
频谱 感知 频谱 分析 频谱 决策
2015-5-21
检测可用频带，发现频谱空穴
通过频谱感知得到并归纳频谱空 穴的频谱特征
认知 能力
根据用户的QOS需求和决策准则 ，选出一组和适合频带
18
认知无线电的基本原理与关键技术
认知环
发射信号
无线环境
射频激励
频谱判决
频谱空洞信息
频谱感知
射频激励
频谱空洞信息 信道容量
24
2015-5-21
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


2015-5-21
25
认知无线电系统的定义



ITU-R WP 1B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。
Channel Pooling Server
Spectrum Analysis Engine Scanning Engine
认知无线电结构
Processor Processor Data Modem Modem Data
Antenna Sharing Module
Transmitter Transmitter andReceiver Receiver and

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。
44
2015-5-21
认知网络

采用认知无线电技术的认知无线电网络，由于其 独特的频谱复用性和巨大的覆盖范围，呈现出一 些不同于以往传统网络的特点： (1) 在多系统共存条件下，分配无线资源。用 户间的链接需要进行有效的控制和管理，同时满 足延迟和带宽要求，实现数据传输调度。在数据 传输调度时需要考虑以下几个因素：与交叠的认 知无线电小区的共存、业务流对应的调度业务、 业务流的服务质量(QoS)参数值、数据传输的可靠 性和所分配的带宽容量。



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0

2015-5-21
CRS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
20
认知无线电的基本原理与关键技术
频谱 分析 频谱 感知
频谱 共享 频谱移动 性管理 路由设计
频谱 决策 认知无线 电网络的
安全问题
传输层协议
跨层设计
2015-5-21
21
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 协作检测 自适应传输技术 OFDM 协作检测 UWB 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。
22
2015-5-21
认知无线电的基本原理与关键技术
2015-5-21
23
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。
31
2015-5-21
CRS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。
2015-5-21
32
CRS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。
2015-5-21
2015-5-21
认知网络

(2) 系统应该具有多信道支持能力。中心控制器在 需要情况下应该能够将多个邻近频道进行聚合处理以改 善系统性能，支持更多的用户使用并占据更广的覆盖面 。它可以在一些控制帧中指示用户终端哪些信道可以聚 合成组以供使用，而用户则可以相应地采用多信道模式 工作。中心控制器要具有能够处理跨越多个子信道的上 下行传输能力，并且随着信道数量变化及时调整调度工 作。信道分组使用同时也提高了带宽利用率。主用户检 测程序和分布式感知能力为多信道操作的可行性提供了 保证。
9
认知无线电的发展背景
2015-5-21
10
认知无线电的概念和特点
概念的提出：


认知无线电(Cognitive Radio)这个术语首先是 Joseph Mitola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。
2015-5-21 7
认知无线电的发展背景
如何才能提高频谱 利用率呢？
频分复用 时分复用 蜂窝小区

2015-5-21
8
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。
2015-5-21
2015-5-21
11
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” Simon Haykin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。”
12
2015-5-21
认知无线电的概念和特点
认知无线电的出发点即是：在不影响授权频段的正常通信
的基础上，具有“认知功能”的无线通信设备（认知用户） 可以接入授权的频谱内，并动态地利用频谱。
定义授权频段的拥有者为“主用户”，当主用户的授权频
段空闲时，能以一种动态的方式占用授权频段的用户为 “认知用户”。
频谱分析
2015-5-21 19
认知无线电的基本原理与关键技术
基于环境信息，确 定工作频谱
工作 频谱
根据用户需求和新 到环境重置调制机 制
通信 技术
重配置能力
传输 功率
调制
认知无线电也能用 来在不同的通信系 统中提供协同工作 的能力
2015-5-21
如果不需要高功率操作， 认知无线电会降低传输功 率来允许更多用户共享频 谱并减少干扰
授权型
重构型
2015-5-21
36
CRS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
终端
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。