认知无线电技术及发展前景

武颖

引言：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。认知无线电近几年内市场不会很大，但在不久的将来将会获得得突破性的进展，为无线电资源管理和无线接人市场带来新的发展契机和动力。

伴随着通信系统由模拟体制向数字体制的逐步转变， 无线通信得到了飞速发展。但传统的通过硬件设备改造升 级来完成无线通信新技术改革的方法带来了很多问题，如不同通信系统的兼容性差、互联互通互操作程度低、浪费等，大大制约了无线电技术的进一步发展。如何有效的提高信息的传输速率，以及适应新情况即使做出技术升级与改造，己经成为通信领域的关键问题。在这种情况下，认知无线电技术作为实现通信的新概 念和新体制应运而生。

认知无线电（cognitive radio，CR）的概念是由 Joseph Mitola 博士提出的，他在1999年发表的一篇学术论文ni中描述了认知 无线电如何通过一种“无线电知识表示语言（RKRL）”的新语言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行的博士论文答辩中详细探讨了这一理论气

认知无线电也被称为智能无线电，从广义上来说是指无线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 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 动选择最好的、最廉价的服务进行无线传输，甚至能够根据现有的或者即将获得的无线资源延迟或主动发起传送。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、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 线接人技术和使用新的频点已经无法充分满足市场需求。

近年来，很多学者通过监测分析当前无线频谱使用状况发现，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。

认知无线电技术可根据周围环境的变化动态地进行频率的选择，而频率的改变通常需要上层协议如路由协议等进行相应调整。

除上述技术外，关于认知无线电系统的安全、可靠链路的维护以及定价策略、机器学习技术、功率控 制技术、数字波束形成（DBF）技术、自适应调制解调技术、软件无线电升级技术、信道估计技术、数字信号处理等也是需要深入研究的关键技术。

实际上，认知无线电技术是对频谱资源从时间、空间和频率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 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，那么认知无线电设备就跳转到其他频段或者通过改变传输功率、调制方式等手段来避免对首要用户产生干扰。

从认知无线电的概念我们可以看到，与传统的以发射机为中心的设计思想所不同，认知无线电是以接收机为中心的以目标为驱动的框架；与传统的通信系统结构不同的是，仅仅实现底层的功能是远远不够的，如果要确保大量认知无线电设备正常工作必然要涉及到更高层次的协议设计

认知无线电是在软件无线电的基础上提出的智能化无线通信技术，它展现了一种全新的频谱管理模式，并将自身与外部环境智能匹配，为从根本上解决日益增长的无线通信需求与有限的无线频谱資源之间的矛盾开辟了一条行之有效的解决途径，并给无线通信带来了新的发展空间，同时也有力促进了 软件无线电的更快发展。

认知无线电是无线电技术发展的下一个里程碑，该技术的 应用会带来历史性的变革。对于频谱管制者而言，该技术可以大大提高可用频谱数量，提高频谱利用率，有效利用资源；对于频谱持有者而言，可以在不受干扰的前提下开发二级频谱市场，在相同频段上提供不同的服务，该技术可以为设备厂商带来更多的机会，具备认知无线电功能的设备将更具竞争力；对终端用户而言，可以带来更多带宽，在认知无线电技术成熟后，用户则可以享受到单个无线电终端接人多种无线网络的优势。

认知无线电技术的发展目前还存在一些障碍，目前频谱管制政策尚没有完全放开，认知无线电技术的应 用还存在很大障碍；认知无线电的灵活性还需要不断提高，必须能够随着应用策略的更改灵活配置；认知无线电技术需要强大的可重配置硬件平台，目前的硬件技术发展还满足不了相关需求；另外认知无线电组网工作的语言和协议目前很不完善，需要开发专门语言和协议在设备之间共享无线背景信息。

作为无线通信领域的最新进展，认知无线电技术受到日益关注，虽然由于技术的限制，认知无线电近几年内市场不会很大，但在不久的将来将会获得得突破性的进展，为无线电资源管理和无线接人市场带来新的发展契机和动力。

参考文献

[1]唐鹏，鲁东旭.无线通信中DSP河软件无线电技术的应用[J].通信技术.2010，43（06）.

[2]尤文坚，黄欣，刘桂英.认知无线电的相关技术研宄[J].通信技术，2008，41（12）.

[3]陈东，李建东，李维英.认知无线电与WLAN的融合技术[J]·中兴通讯技术，2007（3）.

[4]杨小牛，楼才义，徐建良.软件无线电原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2001.

[5]栗苹，赵国庆，杨小牛等.信息对抗技术[M].北京：清华大学出版社，2007.

（作者单位：武警石家庄士官学校）