浅谈无线电技术的国内外发展与研究现状

冯浩 王薇

摘要：無线电技术是比较早的一种技术。新世纪以来，无线电技术取得了快速的发展，世界无线电技术的发展呈现出良好的态势。本文主要对近年来无线电技术的研究现状进行了概括，并指出国内外无线电技术的发展，以求推动我国无线电技术的健康发展。

关键词：无线电；频谱感知；频谱决策；频谱共享

引言：认知无线电的定义是：认知无线电在与周围环境交互的基础之上，改变其传输参数（来适应运行环境）。通过这个定义，可以得到认知无线电的两大主要特征：认知能力和重新配置能力。近年来，国内外认知无线电技术发展迅速，笔者从事相关工作，对此有着较为深刻的认识，就无线电技术的国内外发展与研究现状，做了深入的分析与总结。

一、频谱感知

认知无线电设备是通过检测频谱，利用空闲频段来进行通信，因此认知无线电通信的一个重要前提就是必须具备频谱感知能力。一般来讲，频谱感知技术可以归纳为对发射机探测、合作探测和基于干扰的探测。下面对这几种探测技术作一个简单的介绍。

1、技术分类

（1）发射机探测：发射机探测是基于认知无线电用户对授权用户发射机发出的微弱信号进行探测。发射机探测一般有3种方式：匹配滤波器探测、能量探测和静态循环特征探测。匹配滤波器探测是在授权用户信号信息已知的情况下，静态高斯噪声下最好的检测方法。如果接收机不能够收集到授权用户信号足够的信息，此时的最佳探测器就是能量探测器；特征探测的优势是在噪声功率不确定情况下具有较好的检测性能，但是它计算复杂，并需要更长的观察时间。

（2）合作探测。在不知道主接收方信息的情况下，单独使用发射机探测技术，不可避免地会对主接收方造成干扰，而且这种探测模式不能阻止“隐蔽终端”这个问题。合作探测是指将多个认知无线电用户探测到的信息相互合并，然后探测授权用户，这样可以大大减少单个用户探测所具有的不确定性，并且在严重阴影环境下，可以减轻多径衰落和阴影效应的影响，从而提高检测的概率，因此合作探测在理论上比发射机探测更加准确，但是，在资源受限的无线网络中，由于协作会产生大量额外

的业务量，这将对网络产生负面的影响，而且合作探测不能解决由于不知道授权用户接收机位置信息而造成的不确定性。

2、频谱感知的难点

频谱感知虽然研究比较多，但是仍然存在一些挑战性的问题。比如测量授权用户接收端的干扰温度：由于主网络和CR网络之间缺乏交互性，一般而言一个CR用户不能准确地对授权用户的接收方进行定位，这就需要采用新技术测量和估计授权用户接收方附近的干扰温度；多用户网络中的频谱感知：多用户环境由多个CR用户和授权用户组成，使得频谱空洞检测和干扰估计更困难，因此应该研究多用户环境下的频谱感知。

有效的频谱感知：考虑到频谱效率的感知方法，传输分组的时候不能执行感知，CR用户感知的时候将停止发送数据，这就减少了频谱的有效利用率，因此频谱有效利用率和感知准确性之间的平衡是一个非常重要的问题。此外，因为感知时间直接影响传输性能，频谱感知算法的最新研究主要集中在如何给定感知准确度情况下使感知时间最小化由此可以看出，认知无线电网络的探测能力、探测准确度和探测所需时间等问题是目前最为迫切和棘手的问题。

二、频谱决策

1、技术分类

在这里，将频谱决策具体分为频谱分析和频谱决策2部分。

（1）频谱分析。在认知无线电网络中，可用频谱空洞在不同的时间段内具有不同的频谱特征。频谱分析的目的就是归纳这些频段的频谱特性，使认知无线电能够做出最符合用户要求的决策，在众多的频谱特性当中，信道容量是最主要的一个特性。

频谱分析主要研究2点，一是信道状态估计和预测模型，二是速率反馈。

（2）频谱决策。认知无线电网络根据应用所需要的QSo需求来决定在所有可用频段中哪一个是最好的可用频段，因此频谱管理功能必须考虑QSo要求。频谱决策跟信道的特征及第一用户工作模式有很大关系，并会受网络中其它CR用户活动的影响，根据用户的要求可以决定传输速率、可接收的误码率、最大延迟、传输模式和传输带宽。认知用户对每一个频段进行特征刻画，然后为当前的传输选择合适的运行频段。

三、频谱共享

集中式和分布式各有不同的特性和应用场景，但分布式与集中式解决方法相差不大，需要注意的是分布式方法存在多节点的信息交互开销问题，相对来说利用率较低。

1、基于频谱分配行为的共享技术

基于频谱分配行为的共享技术可分为合作式频谱共享和非合作式频谱共享。合作式频谱共享：合作式解决方案考虑到节点的行为会影响到其他的节点。也就是说，每个节点的感知所得都会与其他节点分享，而且频谱分配算法也会考虑这些信息。集中式解决方案可以看作是合作式的，同时也存在着分布式的合作方案。非合作式频谱共享：非合作方案仅仅考虑自己节点的行为，因而这种方案也被称作是“自私的”，非合作方案可能会导致频谱利用率的降低，但在实际应用中它对其他节点的通信要求最低。

协作式方法一般比非协作式方法要好，是一种全局性优化方法，此外，协作技术提高了吞吐量的同时，也比较公平。另一方面，非协作式方法由于缺乏信息的交换会使性能下降，功耗较大。

2、基于接人技术的频谱共享技术。基于接人

技术的频谱共享技术分为Overiya频谱共享和Un-derlay频谱共享。Ovearly频谱共享：具体来讲就是一个认知节点利用未被使用的一段频谱接人网络，这种情况下对授权用户造成的干扰最小。Underaly频谱共享：采用扩频技术，使得CR节点传输的信号对授权用户来说就好比是噪声信号。与ovedya频谱共享方案比，这种方案可以利用更宽的带宽。

四、中国研究情况统计

据统计EIEE发表文章结果显示，中国一共有26个大学和研究机构对认知无线电技术研究走在了前列，当然，实际上并不是只有这些机构。

中国对认知技术的研究在IEEE上显示的是2006年，当然实际研究会更早些。北京邮电大学是中国认知无线电技术研究得最多和最早的机构，另外电子科大、浙江大学、清华大学等也对认知无线电技术有深人的研究，除此之外还有很多学校也在对认知无线电技术进行研究中国近年来对认知无线电技术的研究力度明显加大。2008年5月26日至30日在北京邮电大学举行了中欧认知无线电系统工作会议，这标志着中国在认知无线电技术方面的成果得到了大家的公认。

结束语：当前，我国对于研究现状也存留在理论上研究的居多。比如如何加人信道，在空间上怎么分级，在时间上怎么分级，这些准则设计都是最基本也是最重要的一个方面，我们也需要讨论现有的蜂窝构架是否能支撑认知无线电网络，如何考虑其中的小区构架等问题。认知无线电技术还有待于进一步的深人研。

参考文献：

1 Mitola J. Cognitive radio：making software radios more personal. IEEE PersCommun， 1999， 6（4）

2 Mitola J. Cognitive radio： an integrated agent architecture for softwaredefined radio.In： Doctor of Technology， Royal Inst Technol （KTH），Stockholm， Sweden， 2000

3 Krenik W.Cognitive techniques for wide area networks. Rep ET DocketNo02-135， Federal Communications Commission， Nov 2002