浅析认知无线电技术

本文通过对认知无线电（CR）的概念、提出的背景、特点、原理的介绍，分析了它的若干关键技术，并说明了它的频谱管理思想、发展现状，最后提及了它与软件无线电（SDR）的关系。研究认为，现阶段应把CR和SDR技术联系起来，待各自技术相对成熟后，再将SDR技术融合到CR中，实现真正意义上的CR。
[关键词] CR； 关键技术； SDR

引 言
现代社会中，无线频谱已成为不可或缺的宝贵资源。美国联邦通信委员会（FCC）的大量研究表明，一些非授权频段如工业、科学和医用频段以及用于陆地移动通信的2GHz左右的频段过于拥挤，而有些频段却经常空闲。于是人们想到，若有一种系统,它能自动感知所处的频谱环境，发现频谱空洞(暂时没有被主用户使用的频段)并利用它，就能在很大程度上提高频谱利用率。基于这种思想，人们提出了认知无线电。

1 认知无线电概念
认知无线电(Cognitive Radio,CR) 的概念起源于1999年Joseph Mitolo博士的奠基性工作[1]。它可以通过学习、理解等方式，自适应的调整内部的通信机理、实时改变特定的无线操作参数（如功率、载波调制和编码等）等，来适应外部无线环境，自主寻找和使用空闲频谱。它能帮助用户选择最好的、最适合的服务进行无线传输，甚至能够根据现有的或者即将获得的无线资源延迟或主动发起传送。

2 认知无线电特点
对环境的感知能力：此特点是CR技术成立的前提，只有在环境感知和检测的基础上，才能使用频谱资源。频谱感知的主要功能是监测一定范围的频段，检测频谱空洞。
对环境变化的学习能力、自适应性：此特点体现CR技术的智能性，在遇到主用户信号时，能尽快主动退避，在频谱空洞间自如的切换。
通信质量的高可靠性：要求系统能够实现任何时间任何地点的高度可靠通信，能够准确地判定主用户信号出现的时间、地点、频段[2]等信息，及时调整自身参数，提高通信质量。
系统功能模块的可重构性：CR设备可根据频谱环境动态编程，也可通过硬件设计，支持不同的收发技术。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。

3 认知无线电原理
认知无线电原理如图1所示,由图可看出,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。

图1：认知无线电原理图
当CR用户发现频谱空洞，使用已授权用户的频谱资源时[3]，必须保证它的通信不会影响到已授权用户的通信，一旦该频段被主用户使用，CR有两种应对方式：一是切换到其它空闲频段通信；二是继续使用该频段，改变发射频率或调制方案，避免对主用户的干扰。

4 认知无线电的关键技术
4．1 频谱检测技术
频谱检测是在复杂的环境中监测出CR可以使用的频谱空隙，下图2是实际中的操作图：

图2:实际中的频谱检测图
上图中，左边部分是对所处环境的处理，掌握环境的各种信息是正确判决频谱信息的前提，如何从复杂环境中提取有用的信息，需要科研人员综合各种技术。