浅析无线电现在与未来

2015-05-30张秘

东方教育 2015年4期

张秘

【摘要】认知无线电（Cognitive Radio，CR）是一种新兴的智能无线通信技术，它通过频谱感知、功率控制和频谱管理、频谱共享、频谱切换等关键技术，实现在不对授权用户正常通信造成影响的前提下，伺机接入授权用户合法频段，实现动态频谱接入。缓解了频谱资源不足的问题，因而成为目前无线通信领域的研究热点。

【关键词】认知无线电；动态频谱接入；博弈论；纳什均衡；代价函数

一、绪论

第一节认知无线电技术研究背景

认知无线电技术本质上是一种叠加方案，它利用法定无线通信系统的空闲资源，在对法定无线通信系统不造成严重干扰的情况下共存，并可以与各种传输方案协调工作，是一种近期可行的技术方案。它能够根据一定的学习和决策算法，实时自适应地改变系统工作参数，动态地检测和有效地利用空闲频谱，理论上允许在时间、频率、以及空间上进行多维的频谱复用，所以认知无线电将推动无线通信的迅猛发展。

二、认知无线电的定义和相关术语

1.Joseph Mitola的定义

认知无线电这个概念是由Joseph Mitola博士于1999年8月在IEEE Personal Communications杂志上发表文章明确提出的[1]。在Mitola博士的论文中将认知无线电定义为“一种采用基于模式的推理达到特定无线相关要求的无线电”。

2.FCC的定义

不同的研究机构从不同的角度给出了CR的定义，比较有代表性的是FCC的定义。FCC认为“认知无线电是指通过与工作环境进行交互，能够改变发射机参数的无线电设备。认知无线电主体可能是软件定义的无线电设备（Software Defined Radios，SDR），但设备本身并不必一定具有软件或现场可编程的要求[2]。”

3.Simon Haykin的定义

除了研究机构外不同的学者也给出了对CR的定义，其中有代表性的就是Simon Haykin教授的定义。Simon Haykin从信号处理的角度出发，认为“认知无线电是一个智能的无线通信系统。它能够感知外界环境，并使用人工智能技术从环境中学习，通过实时的改变某些操作参数（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。

二、认知无线电的功能特性

从上述定义看出，CR应该具备以下两个主要特性：

1.认知能力

认知能力即在任何时间和地点识别未被使用的频谱资源的能力；指的是无线电能够从它所处的无线环境中捕捉和感知相关信息。通过这种认知能力。

2.重构能力

重构特性使CR设备可以根据无线环境动态编程，功率或者调制方式避免对主用户的有害干扰。

三、传统无线电、软件无线电和认知无线电的关系

认为对于传统的模拟无线电系统，其射频部分、上 /下变频、滤波及基带处理全部采用模拟方式，某个频段、某种调制方式的通信系统都对应专门的硬件结构；与传统无线电系统相比，并在此基础上改变其功率、频率、调制以及一些其它的参数以求更高的频带利用率，即确定绕过障碍的最佳传输路径。

四、认知无线电的物理结构

基带處理系统与现存的一般无线电收发器是相似的，这种功能与射频硬件技术如多频带天线、功率放大器、自适应滤波器紧密相关。

由于CR收发器前端设备使得收发器具备感知与自动转换频段的功能，它包括：

① 射频滤波器（RF Filter）：用来选取接收信号中某频带的信号。