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4.认知无线电的关键技术
4 .1 频谱检测技术 认知无线电技术能够感知并分析特定区域的频 段, 找出适合通信的“ 频谱空洞”, 利用某些特定 的技术和处理, 在不影响已有通信系统的前提下进 行工作。因而, 从认知无线电工作流程上可以看到 (如下图所示), 为了在某个地域上应用认知无线电 技术, 最先进行的工作是对该地无线信道环境的感 知, 即频谱检测和“ 空洞”搜寻与判定。
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认知无线电
1.认知无线电的概念 2.认知无线电的历史 3.认知无线电的应用 4.认知无线电的关键技术
1.认知无线电的概念
美国联邦通信委 员会(FCC) Simon Haykin
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。
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4.认知无线电的关键技术
4.2.3复合自适应传输技术 该技术将OFDM 和认知无线电思想以及一系列自 适应传输技术结合,从而达到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下的 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配技术、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, 形成优化的 自适应算法。根据子载波的干扰温度, 通过自适应地 调整通信终端的工作参数,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谱资源利用 率和通信性能。
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2.认知无线电的历史
认知无线电是由MITRE公司的顾问、瑞典皇 家技术学院Joseph Mitola博士生和GERALD Q MAGUIRE,JR .教授于1999 年8月在IEEE PersonalComm unications杂志上明确提出的, 是对 软件无线电的进一步的扩展。 IEEE于2004年10月正式成立IEEE 802.22工作 组———无线区域网络(WRAN)工作组, 计划2007 年下半年完成标准化工作。其目的是研究基于认 知无线电的物理、媒体访问控制(MAC)层和空中 接口,以无干扰的方式使用已分配给电视广播的频 段。将分配给电视广播的甚高频/超高频(VHF/U HF)频带(北美为54MHz～862MHz)的频率用作为 宽带接入频段。
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4.认知无线电的关键技术
4.2.1 载波分配技术 认知无线电具有感知无线环境的能力。通过对干扰 温度的测量, 可以确定“ 频谱空洞”。子载波分配就是 根据用户的业务和服务质量要求,分配一定数量的频率资 源。检测到的“ 空洞”资源是不确定的, 带有一定的随 机性。OFDM 系统具有裁剪功能,通过子载波(子带)的分 配, 将一些不规律和不连续的频谱资源进行整合,按照一 定的公平原则将频谱资源分配给不同的用户, 实现资源 的合理分配和利用。
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2.认知无线电的历史
美国联邦通信委员会(FCC)2003年12 月就相当 于美国《电波法》的《FCC规则第15 章(FCC rulePart15)》,公布了修正案, 明确只要具备认知无 线电功能, 即使是其用途未获许可的无线终端, 也 能使用需要无线许可的现有无线频带。FCC 在推 进智能无线技术的同时还将放宽有关限制。 针对认知无线电, 美国国防部提出下一代无线 通信(XG)的项目, 2004年该项目进入第三个研究阶 段, 投资1700万美元, 预计在2006 年底完成第三阶 段的研究。该项目将研制和开发频谱捷变无线电 (Spectrum A gile Radios),这些无线电台在使用法规 的范围内, 可以动态自适应变化的无线环境, 在不 干扰其他正常工作无线电台的前提下, 可以使接入 的频谱范围扩大近10倍。
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4 .2 自适应频谱资源分配技术
为了解决频谱资源的日益紧张和目前固定分配频谱利用 率较低的矛盾, 就要求找到更有效的方法来充分感知和利用 无线频谱资源。基本途径有两条: 其一, 提高频谱利用率, 将 已授权用户的频谱资源充分利用, 减少浪费; 其二, 提高系统 通信效率, 将已获得的频率资源和其他资源综合优化分配, 进 而提高利用率。 由于正交频分复用(OFDM )系统是目前公认的比较容易 实现频谱资源控制的传输方式, 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用, 可以灵活控制和分配 频谱、时间、功率、空间等资源, 自适应频谱资源分配的关 键技术主要有:载波分配技术、子载波功率控制技术、复合 自适应传输技术。
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1.认知无线电的概念


特征： (2) 重构能力 重构能力使得CR设备可以根据无线环境动态编程， 从而允许CR设备采用不同的无线传输技术收发数据。 可以重构的参数包括：工作频率、调制方式、发射功 率和通信协议等。 重构的核心思想是在不对频谱授权用户(LU)产生 有害干扰的前提下，利用授权系统的空闲频谱提供可 靠的通信服务。一旦该频段被LU使用，CR有2种应对 方式：一是切换到其它空闲频段通信；二是继续使用 该频段，但改变发射统率或者调制方案避免对LU的有 害干扰。
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4.认知无线电的关键技术
4.2.2子载波功率控制技术 认知无线电中利用已授权频谱资源的前提是不 影响授权用户的正常通信。为此, 非授权用户必须 控制其发射功率, 避免给其他授权用户造成干扰。 功率控制算法在经典的“ 注水”算法的基础上, 有 一系列的派生算法。这些算法追求的是功率控制 的完备性和收敛性, 既要不造成干扰又要使认知无 线电有较好的通过率, 且达到实时性的要求。事实 上功率控制算法和子载波分配算法是密不可分的 。这是因为在判断某子载波是否可以使用时, 就要 对其历史(授权状况)和现状(空间距离、衰落)做出 判断, 同时还需要计算出可分配的功率大小。
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
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1.认知无线电的概念

特征： (1) 认知能力 认知能力使CR能够从其工作的无线环境中捕获或者感 知信息，从而可以标识特定时间和空间的未使用频谱 资源(也称为频谱空洞)，并选择最适当的频谱和工作参 数，包括3个主要的步骤：频谱感知、频谱分析和频谱 判决。频谱感知的主要功能是监测可用频段，检测频 谱空洞；频谱分析估计频谱感知获取的频谱空洞的特 性；频谱判决根据频谱空洞的特性和用户需求选择合 适的频段传输数据。
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3.认知无线电的应用
3.1认知无线电在UWB 中的应用 最早提出认知无线电技术在超宽带（UWB） 系统中的应用是为了实现直序列超宽带（DSUWB） 和正交频分复用（OFDM）两种UWB 标 准的之间的互通。有人在这个基础上提出了脉冲 软件智能无线电技术，具体而言利用该技术可以 依照特定的操作环境，通过动态波形生成算法， 从而进行不同UWB 脉冲调制技术和波形的选择， 也就是实现自适应脉冲波形生成。但因为UWB 系 统与一般的窄带通信系统之间存在着干扰，如果 在UWB技术中融入认知无线电技术来解决干扰问 题成为该领域的研究热点。
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3.认知无线电的应用
3.2 认知无线电在应急通信中的应用 灾害发生后的通信系统中容易出现各种各样 的问题，因为通信中常用频段的信道容量有限， 通信量突增常常会带来信道的堵塞，一种解决途 径就是利用认知无线电中的频谱感知技术来缓解 通信信道的拥挤。设计一个基于认知无线电技术 的通信系统模型，首先需要对被测信号空间进行 信号处理，这样便可以在噪声背景下发现信号并 提取有用信息，实现认知无线电对于频谱的感知 ，然后将频谱空穴所在的频段划分成若干歌信道 ，进行频谱搬移的工作，最终传输的信号便能够 实现信道的变换。