基于认知无线电的机会频谱接入技术分析

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1、南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论第一章绪论1.11.1引言1.1引言引言引言随着无线通信业务的迅速发展，市场需求越来越旺盛，并且伴随着无线业务的不断扩展，无线通信系统不断向着宽带化、高速化、多样化的方向发展。传统的频谱管理机构采取固定分配的方法，给不同的无线通信系统划分出一段频谱单独使用，即在同一频谱上出现的通信系统是特定的，运营商需要花费巨资向频谱管理机构购买频谱的使用权。而无线通信的发展使得有限的频谱资源已快被分配殆尽，频谱资源的奇缺正成为制约无线通信发展的瓶颈，并随着日益增长无线接入需求，该问题

2、将变得越来越突出。此时频谱资源的匮乏正成为日益严重而窘迫的问题，亟待解决。固定分配的频谱管理方式中，将特定频段分配给特定的无线通信系统，并在不同的无线通信系统间留出一定间隔的保护频段。其分配方式虽然简单，但缺乏灵活性，整体的频谱利用率相对低下。有研究[1][2][3][4]指出，现有的固定的频谱分配管理方式是造成频谱资源短缺的主要原因之一。因为固定划分系统使用频段的模式可能会造成某些频段上承载了较大的业务量，极为繁忙，而另一些系统所使用的频谱上业务量较轻，甚至经常处于闲置状态，于是造成了频谱资源的利用不充分。

3、由于在现有无线网络中，固定授权频谱给某一特定无线网络使用的方式由于在空间、时间上对于频谱使用都存在浪费现象，从而传统的频谱管理方法无法满足无线通信发展的需要。对于得到频谱管理机构授权的系统用户称为主用户（primaryuser），未授权的无线系统用户称为次级用户（secondaryuser）。于是人们想到了在不干扰主用户正常通信的情况下，可以使次级用户无线网络具有能灵活选择暂时闲置频谱资源的能力，进行接入。于是此种网络区别于传统网络，可以适应无线环境的变化来选择无线资源进行通信，代表了无线通信领域中“智能化”

4、的变革，这就是认知[5]无线电（CognitiveRadio，CR）技术。1南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论1.21.2认知无线电系统概述1.2认知无线电系统概述认知无线电系统概述认知无线电系统概述认知无线电系统具有灵活、智能、可重配置等显著特征，通过改变工作参数（比如载波工作频率、传输功率和调制技术）适应无线环境的变化，从而实现对频谱资源的高效利用。认知无线电技术通过对主用户系统的闲置频谱的二次利用，可以解决传统固定划分模式中造成的无线频谱紧缺问题。认知无线电系统用户通过感知周围无线环境，检测出主用

5、户使用频谱情况，灵活地选择主用户未使用的频谱进行通信，并在主用户从新进入频谱时，退出该频段避免干扰主用户。给传统的无线通信系统带来智能化的变革，对频谱资源的二次利用，可大大提高频谱资源利用率，所以认知无线电系统是在更为智能高效的无线电通信系统，从而被认为是下一代无线通信系统的关键技术之一。1.2.1认知无线电的定义A.Mitola的定义认知无线电的概念最初是JosephMitolaIII博士通过对软件无线电（SoftwareRadio）的概念延伸而提出的。2000年，JosephMitolaIII博士在其博士

6、论文[5]中给出了含义广泛的认知无线电定义。“认知无线电这个术语是指这样一个观点，即在无线资源和相关的计算机与计算机之间通信方面，无线个人数字助理(PersonalDigitalAssistant，PDAs)和相关的网络具有足够的计算智能，包括检测用户的通信需求作为使用环境的函数以及提供最符合这些需求的无线资源和服务。于是，认知无线电设备能够为无线传输自动选择最好和最便宜的服务，甚至能够根据目前或即将可用的资源，延迟或提前某次传输。”B.FCC的定义2003年5月，FCC召开了认知无线电研讨会，就基于认知无线

7、电技术实现[6]及相关问题展开了讨论。并且FCC给出了认知无线电的狭义定义。“认知无线电是指能够通过与工作的环境交互,改变发射机参数的无线电设备。认知无线电的主体可能是软件定义无线电(SoftwareDefinedRadios,SDR），2南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论但既没有软件也没有现场可编程的要求。”FCC认为，实现认知无线电需要高度的灵活性来适应快变的信道质量和干扰环境。在FCC的报告中，进一步描述了认知无线电的五个可能应用领域：(1)在低人口密度和低频谱使用率（如郊区）的区域可以增加发射功

8、率8dB；(2)主用户以可以中断的方式向认知无线电用户出租频谱；(3)利用用户的空间和时间特性动态协调频谱共享；(4)促进不同系统间的互操作；(5)利用发射功率控制和环境判决实现多跳射频网络(multi-hopRFnetwork)。C.SimonHaykin的定义2005年2月SimonHaykin教授在文献[7]中结合Mitola博士和FCC的叙述，从信号处理的观点对认知无线电进行了定义。“认知无