收稿日期：2014பைடு நூலகம்04⁃26
征 ，使 用 人 工 智 能 技 术 感 知 外 部 电 磁 环 境 ，并 从 环 境 中 学习，能够有目的地实时改变操作参数（如功率、频率和 调制方式等），使内部状态适应接收到的无线信号，从而 实 现 任 何 时 间 、任 何 地 点 的 高 可 靠 通 信 ，以 及 对 有 限 频 谱资源高效利用。在目前针对 CR 研究的众多描述中， 美国联邦通信委员会（Federal Communications Commis⁃ sion，FCC）提 出 了 一 个 简 化 的 版 本 ，该 版 本 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，基于此他们将 CR 定义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通信系统，具有环境 感知和传输参数自我修改的功能。
根据协作网络的构架以及协作的策略，协作感知方 案可分集中式协作和分布式协作。集中式协作方案中 一般由一个中心基站和多个参与协作的认知用户组成， 通过专用控制信道将不同用户的本地感知信息传送到 中 心 基 站 ，统 一 进 行 融 合 处 理 、最 终 判 决 。 在 分 布 式 协 作 感 知 方 案 中 不 需 要 中 心 站 ，简 化 了 认 知 网 络 结 构 ，各 协作节点之间可以直接交互和信息共享，对各自感兴趣 的频谱做最终判决。该方案的优点主要是开销成本小。 1.2 动态频谱管理
动态频谱管理主要包括频谱的辨认描述、频谱可用 性的持续时间以及频谱分配方法等方面，其中频谱分配 主要是根据当前感知到的频谱使用情况，结合需要接入 的频谱节点数目及服务要求，将适当的频谱通过相应策 略分配给一个或多个指定用户节点。分配算法的设计 应该以高效性、公平性、有效性以及扩展性为设计目标， 目前的算法研究主要集中在基于图论的方法、基于频谱 交 易 的 方 法 、基 于 频 谱 拍 卖 的 方 法 、基 于 博 弈 论 的 方 法 四个方面[7]。
缺点
确知主用户信号 先验信息
不能区分信号 类别，易受干扰
复杂度高， 计算量较大
在复杂环境中，只有部分 CR 用户能够检测出准确 的频谱，且不能保证检测出的频谱准确性。因此一些学 者提出多节点协同的频谱感知方法，通过频谱检测协作 提高其正确性。协同感知是指通过多个用户之间的交 互与协作，综合不同节点的结果并进行判决。协同感知 可以在一定程度上克服单节点感知对本地硬件要求高、 容 易 受 干 扰 等 弊 端 ，降 低 用 户 对 检 测 灵 敏 度 的 要 求 ，提 高用户的捷变能力，有效缓解噪声不确定性问题。
Keywords：cognitive radio；spectrum sensing；power controlling；military communication
0引言
随着无线通信技术的迅速发展，在 20 世纪 90 年代 末期，软件无线电（Software Defined Radio，SDR）的概念 广 泛 流 行 ，并 被 引 入 部 分 通 信 产 品 领 域 ，其 基 本 思 想 是 以 一 个 通 用 、标 准 及 模 块 化 的 硬 件 平 台 ，通 过 软 件 编 程 实 现 无 线 电 台 的 各 种 功 能 ，把 数 字 化 处 理（A/D 和 D/A 变 换）尽 量 靠 近 天 线 ，通 过 软 件 算 法 实 现 不 同 的 主 流 无 线调制解调算法。软件无线电的出现，将改变目前基于 硬件和面向用途的产品设计方法，主要依赖软件更新改 变硬件配置结构，实现新的功能。随着软件无线电的进 一步发展，代表第二代技术的认知无线电（Cognitive Ra⁃ dio，CR）逐渐受到研究人员及工程师的重视。
能量检测法和循环平稳特征检测法等方法上，见表 1。
表 1 几种单节点感知方法的比较
适用
匹配滤波法
节点已知授权 用户的信息
能量检测法
节点不需要 知道用户信息
循环平稳特征检测法
用户信息具有平稳 周期自相关性
处理时间短，计算 实施简单，复杂度
优点 简单，可以使检测 较低，不需要
信噪比最大化
先验信息
可以区分不同信号 类别，克服恶意 干扰信号
CR 与 SDR 二者的主要关注点有所不同，SDR 关注 的是无线电系统的信号处理方法、功能实现方式，而 CR 则需要感知外部环境的变化，并根据变化调整系统工作 参数。从该意义上讲 CR 是更高层的概念，不仅包括基 本 的 信 号 处 理 方 法 ，还 包 括 根 据 相 应 的 任 务 、规 则 和 目 标等进行深一步的推理和高层次的规划功能，具有一定 的自主学习能力。综上所述，CR 具有以下特点：对环境 的 感 知 能 力 、对 环 境 变 化 的 学 习 能 力 、对 环 境 变 化 的 自 适应性、通信质量的高可靠性、对频谱资源的充分利用、 系统功能模块的可重构性。
在对策论算法设计中，由于在合作对策中每个用户 都 试 图 最 大 化 自 己 的 功 率 ，无 法 满 足 系 统 要 求 ，所 有 主 要 非 合 作 对 策 ，可 以 将 多 部 对 策 简 化 为 一 个 随 机 过 程 ， 从而将问题转化为 Markov 过程，进而可以使用传统成 熟算法进行分析。基于信息论方法是将系统信道分为 多个独立信道，形成信道矩阵，通过奇异值分解求出各自 信道的奇异值，根据不同奇异值在发送端分配不同的功 率水平，达到功率传输容量和效率的最大化。采用博弈 论的方法适合处理具有多用户的复杂问题，通过参与用 户的相互交互形成众多结合，并进行融合后生成最佳决 策，能够使问题的争论达到一个均衡点（即 Nash 均衡）。
化调整系统工作参数。叙述了认知无线电的概念及与软件无线电的关系，对其构架和关键技术进行了介绍，并分析了认知
无线电在军事通信领域的优势及面临的挑战，对于我军通信系统的升级建设具有积极作用。
关键词：认知无线电；频谱感知；功率控制；军事通信
中图分类号：TN92⁃34
文献标识码：A
文章编号：1004⁃373X（2014）17⁃0036⁃04
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现代电子技术
2014 年第 37 卷
1.3 功率控制技术 在通信系统中发射功率过大往往会干扰其他用户，
功率过小又会降低通信的距离和可靠性，发射功率的幅 度必须找到一个适当折中的水平，因此功率控制是每个 通信系统中必须要考虑的问题，也是下一代 CR 系统的 关键技术之一。传统的通信系统中功率控制的最优化 技术主要有拉格朗日松弛法、经典法、二次规划法、博弈 论和几何规划法等。CR 系统中功率控制的方法主要还 是在传统基础上发展，目前的研究方向主要集中在基于 对策论、信息论、博弈论等 方 [8⁃9] 法上。
第 17 期
费利军，等：认知无线电技术及在军事通信中的应用
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1 认知无线电架构及关键技术
Mitola 提出的概念模型如图 1 所示 ，分 [1⁃2] 为硬件、软 件两大部分。软件部分主要有基础软件、智能软件。硬 件 部 分 主 要 沿 用 基 本 软 件 无 线 电 的 体 系 结 构 ，包 括 天 线 、射 频 、调 制 解 调 器 、安 全 模 块 、基 带 信 号 处 理 以 及 用 户接口部分。天线主要解决无线电信号的接收和发射； 射频前端包括无线电信号的放大及必要变换（A/D 数字 化处理）；调制解调器主要处理收发信号的调制解调、信 号均衡等问题；基带处理模块主要处理网络中的各种协 议 、控 制 等 ，实 现 不 同 网 络 的 兼 容 ；用 户 接 口 部 分 利 用 RKRL 语 言（Radio Knowledge Representation Language） 实现不同接口服务，并采用支持关于用户需要的自动推 理的方式，更好地为个人通信服务。
认知无线电的概念是 Joseph Mitola 博士于 1999 年 明 确 提 出 ，主 要 是 对 软 件 无 线 电 的 进 一 步 深 化 和 发 展 ， 其 描 述 其 为“ 在 无 线 电 资 源 和 通 信 领 域 ，无 线 数 字 设 备 及相关网络应使用智能计算方法检测用户通信需求，并 根据需求来分配适合的无线电资源、提供最佳的无线电 业 务 ”[1]。 认 知 无 线 电 以 灵 活 、智 能 、可 重 配 置 为 显 著 特
Abstract：The cognitive radio（CR）is a new concept following the software radio in the communication field，and it focu⁃ ses on the adjusting the system running parameters on the basis of sensing surrounding. The concept of CR and its relation with software radio are described in this paper. Its structure and key technologies are introduced. The advantages of CR in the mili⁃ tary communication and the challenge it is facing are analyzed. It has a positive role in upgrade construction of the communica⁃ tion systems in China.
Cognitive radio technology and its application in military communication
FEI Li⁃jun，WANG Ya⁃ge
（Shaanxi Lingyun Electronics Group Co.，Ltd.，Baoji 721006，China）
频谱感知技术是指用户通过各种信号检测、信号处 理 的 方 法 ，获 取 当 前 无 线 网 络 频 谱 使 用 信 息 ，发 现 谱 空 穴 ，使 用 户 能 利 用 最 优 化 频 谱 进 行 通 信 ，提 高 谱 频 的 利 用率和通信质量 。 [4⁃5]