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1、电信科学2006年第7期硕博论文认知无线电技术的研究及发展毕志明,匡镜明,王华(北京理工大学信息科学技术学院现代通信实验室北京100081)摘要认知无线电技术作为软件无线电技术的一个特殊扩展,受到日益广泛的关注。由于该技术能够自动检测无线电环境,调整传输参数,从空间、时间、频率、调制方式等多维度共享无线频谱,可以大幅度提高频谱利用效率。本文首先从认知无线电技术的定义入手,分别讨论了认知无线电的基本概念、功能与实现、标准化的进程。然后介绍了当前应用状况,最后分析了未来的发展及面临的挑战。关键词认知无线电;软件无线电;频谱管理;宽带无线接入认知无线电也被称为智能无线电,从广
2、义上来说是指无线1引言终端具备足够的智能或者认知能力,通过对周围无线环境的历随着无线通信技术的发展,人们可以获得的带宽不断地增史和当前状况进行检测、分析、学习、推理和规划,利用相应结果加,移动通信的数据速率从10kbit/s增长到2Mbit/s,在不久的调整自己的传输参数,使用最适合的无线资源(包括频率、调制将来还可能提高到上百兆比特每秒。但即使如此,也无法满足人方式、发射功率等)完成无线传输。认知无线电能够帮助用户自们日益增长的无线接入需求。为了缓解这一矛盾,一方面,人们动选择最好的、最廉价的服务进行无线传输,甚至能够根据现有不断开发新的无线接入技术,利用新的频段来提
3、供各种业务;另的或者即将获得的无线资源延迟或主动发起传送。一方面,不断改进各种编码调制方式,提高频谱效率。但由于移由定义可以看出,认知无线电的一个最大优势就是无线用户动终端天线尺寸和功率的限制,可以用于无线接入的频段很有可以通过该技术实现“频谱共享”。目前大多数频谱已经被划分给限。在提高频谱效率方面,目前较为先进的CDMA空中接口技不同的许可持有者(又称为首要用户),包括移动通信、应急通信、术,如HSDPA可以达到1bit/(s·Hz)的频谱效率,将来OFDM和广播电视等。但是随着用户需求的增长,简单地通过开发新的无MIMO技术的应用也只能达到3~4bit/(s·Hz)
4、的频谱效率。3~4线接入技术和使用新的频点已经无法充分满足市场需求。倍的频谱效率的提高对于人们成百上千倍的带宽需求增长是微近年来,很多学者通过监测分析当前无线频谱使用状况发不足道的。认知无线电技术的出现,为解决频谱资源不足、实现现,虽然大部分频谱已经被分配给不同的用户,但是在相同时频谱动态管理及提高频谱利用率开创了崭新的局面。间、相同地点频谱的使用却非常有限。常常是大部分频点未被使用,而某些热点频率又处于超负荷运行。美国联邦通信管理委2认知无线电的基本概念员会(FCC)充分注意到了这一点,于2002年11月出版了频谱认知无线电(cognitiveradio,CR)的概念
5、是由JosephMitola政策任务组撰写的一份报告[3],该报告指出,当前分配的绝大多博士提出的,他在1999年发表的一篇学术论文[1]中描述了认知数频谱的利用率为15%~85%。因此FCC认为当前存在的最主无线电如何通过一种“无线电知识表示语言(RKRL)”的新语言要问题并不是没有频谱可用,而是现有的频谱分配方式导致资提高个人无线业务的灵活性,随后在2000年瑞典皇家科学院举源没有被充分利用。只有彻底改变当前固定频谱分配政策,部行的博士论文答辩中详细探讨了这一理论[2]分甚至全部采用动态频谱分配政策,使多种技术可以实现“频谱。57硕博论文共享”,才能彻底改变频谱缺乏
6、的问题。如果采用频谱共享技术,(包括频谱使用、策略使用等)和用户自身需求等相关知识的分允许部分免许可用户在不影响首要用户的前提下动态共享部分析。如果说检测是信息的获取,那么分析就是对相关信息的初步频点可以极大地缓解目前频谱资源紧张的问题。处理。认知无线电设备通过所获取的频谱检测结果分析首要用与学术研究给出的定义略有不同,FCC的定义相对狭义一户的位置、使用的频点和发射时间,同时分析可用频点位置、可些:认知无线电技术是无线终端利用与周围无线环境进行交互用带宽、信道状况、自身传输可能会对其他用户产生的影响以及所获取的无线背景知识,调整传输参数,实现无线传输的能力。完成业务传
7、输所需的带宽和时间。即只要具备环境探测,并且能够调整传输频点和相关传输参数(3)调整的设备就是认知无线电设备。调整能力是完成传输的关键,根据检测和分析的相关结果,实际上,认知无线电技术是对频谱资源从时间、空间和频率认知无线电设备通过先进的功率控制技术、不同的编解码以及等多维度的重复利用和共享。认知无线电在特定频段上进行探调制技术,选择合适的频点和发射时机,从而成功地完成传输。测,如果发现该频段当前未被使用,可以在不影响首要用户的前这就要求认知无线电设备具备较强的性能,能够在较宽的频段提下使用该频段。如果该频段的首要用户恢复无线传输,那么认
