认知无线电技术的国内外发展

2016-12-01钱小森天津市滨海新区塘沽渔业电台天津300450

科技传播 2016年12期

关键词：频段路由频谱

钱小森天津市滨海新区塘沽渔业电台，天津　300450

认知无线电技术的国内外发展

钱小森
天津市滨海新区塘沽渔业电台，天津300450

摘要在现今社会发展中，无线电已经成为了一项非常重要的技术而应用在社会的各个层面。在本文中，将就认知无线电技术的国内外发展进行一定的研究。

关键词认知无线电技术；国内外发展

认知无线电是一种智能频谱共享技术，通过智能学习以及对频谱环境的感知对传输参数进行实时的调整，能够对频谱的利用率进行显著的提升。通过对其发展情况的研究，对于我们对该技术的把握与应用都具有十分积极的意义。

1　无线电技术发展

在早期，无线电技术为动态的特征，仅仅能够在制定的频段上实现通信工作，并对专用的信道协议以及调制解调器进行应用。为了能够对多种通信标准共存的目标进行实现，可编程软件的自适应技术得到了研究，并能够在有限的频段中实现切换。对于该技术来说，具有着较为灵活的特征，但在智能性方面则存在着一定的不足。近年来，为了对无线频谱资源紧张的问题进行较好的解决，很多先进的通信技术以及理论也得到了研发，如多天线技术以及链路自适应技术等。对于这部分技术来说，其虽然能够对频谱效率进行有效的提升，但在实际应用中还是存在着受限于仙农理论的情况。

而随着技术的发展，人们想到，如果系统能够对其所处的频谱环境进行自动的感知，并通过智能学习方式的应用对编码、带宽以及调制等参数进行调整，则能够在对多维空间频谱接入进行实现的同时有效的对频谱利用率进行提升。在该种理念的指引下，认知无线电技术具有了最初的设想。

对于认知无线电技术而言，其在具体演进过程中具有的认识情况较多。1999年，Mitola对认知无线电的概念进行了提出。其认为，认知无线电能够使SDR从预制程序的盲目执行者转变为智能代理，可以说是认知无线电实现的理想平台。功能方面，其则能够通过无线电描述语言的应用，通过推理方式的应用对网络交流功能进行实现，可以说是无线电“黑盒”的一种智能化认知。时间来到了2004年，Rieser则指出了，该技术在应用中并不一定需要具有SDR的支撑，其在遗传算法的基础上对启发认知模型进行提出，能够更好的对可快速部署的通信系统相适应。在该模型中，则能够对传统无线电的MAC以及物理层进行建模，包括进行无线信道遗传算法、自适应无线系统遗传算法与自己坚挺无线环境当中，能够通过对系统状态的监视确定如何对无线电认知系统进行适应。

就目前来说，无线电思想已经在很多无线通信的领域当中得到了应用，如在5GHz频段的IEEE·802.11a，则对TPC以及DFS机制进行了应用，以此有效的避免了同雷达信号间的干扰。而在高速情况下接入的EVDO以及HSDPA认知调制，则需要通过对用户需要服务的确认对用户工作的最佳环境进行识别，并在此基础上对更为有效的数据速率以及调制方案进行设定，以此对用户的QoS需求进行满足。对于这部分技术来说，其仅仅是认知无线电功能中非常小的一部分，能够按照渐进方式扩展到无线电全部性能。

同其余频谱共享技术如ISM开放接入以及UWB等相比，认知无线电技术能够通过交叉共享方式的应用在主用户没有对频谱进行应用的情况下寻找机会对该频谱进行应用，并因此使其具有了更高的发送功率，非常适合应用在长距离通信工作当中。同ISM技术较为类似，但ISM技术仅仅对5G以及2.4G等频段提供支持，且为了避免在系统中存在干扰而对设备的最大发送功率进行了限制，并因此使设备在不存在频谱争用的情况下依然不能够对功率进行增加。同其相比，认知无线电技术则更具优势。

2　认知无线电技术特征

2.1物理层技术

2.1.1频谱侦听

认知无线电技术在应用中，能够对频谱进行连续的侦听，以此对没有占用的频谱进行及时的发现，在不对主用户造成干扰的情况下对用户的再次出现进行快速的检测，以此便于为用户腾出相应的带宽。要想对该功能进行实现，就需要对一种新的功能-频谱侦听技术进行运用，能够获得非常高的检测率。而受到检测能力的限制以及阴影衰落以及多径情况的影响，为了能够更为准确的对用户不同的接收功率进行检测，该技术在带宽频率捷变以及前端灵敏度方面具有着更高的要求。在早期，其对周期平稳过程以及导频信号技术进行应用，并不能够对频谱检测的可靠性进行满足。而就目前来说，则可以通过DF、AF以及CF协议的应用对其频谱侦听能力进行提升。

2.1.2 动态频谱分析

在现今的频谱研究中，欧洲地区的很多项目已经对不同网络的动态频谱分配算法进行了研究，而对于认知无线电网络来说，用户在可用信道、位置以及数量方面的需求具有着变化的特征，并因此使这部分技术存在着不完全适用的情况。考虑到目前动态频谱分配在标准、政策以及接入协议等方面的限制，基于频谱统筹策略是现今应用较多的频谱共享技术，在该技术中，其思想即首先将不同业务的频谱合并成一个公共的频谱池，之后再将其划分为不同的信道。没有得到授权的用户，则可以对这部分空闲的信道进行临时的占用。对于该策略来说，对信道应用的公平性以及利用率进行了充分的考虑，可以说是一个受限信道的分配问题。

2.2MAC协议

为了能够对分布式用户之间的通信进行满足，则需要通过公共控制信道的增加对信令信息的传输进行增加，并保证MAC协议在设计阶段能够对特定的控制信道需求进行考虑。而根据用户以及网络在需求方面存在的差异，无线电在MAC协议设计方面也存在着一定的差异。在集中式基础网络中，MAC层需要具有更高的自适应性以及灵活性，以此能够更为快速的响应无线电环境变化，而也为MAC对具有共享频段功能的执行提出了全新的挑战。在初始化过程中，用户预订设备无预分配信道对基站进行搜索，为了提升性能，其甚至将多个空闲信道通过信道捆绑技术的应用进行捆绑，以此使BS到CPE在同步方面存在较多的困难，而对于该问题来说，其在无线MAC方面却并没有涉及，在实际对频谱进行检测时，并不需要通过BS对CPE相同检测进行控制，而可以通过合并算法的应用将检测负载分布到不同的CPE当中，并在检测完成之后，由CPE对检测到的值进行返回，以此使其能够对整个小区的频谱占用图进行获得。

2.3网络路由协议

由于认知无线电技术能够根据环境的变化对频率进行动态的选择，对此，传统路由拥塞以及跳数等已经不能够作为其应用依据，即网络需要对新的路由指标进行引入，如信道切换频率以及信道切换数等。就目前的认知无线电领域中，如何能够将路由同频谱的选择进行联合、以此更为有效的对频谱进行应用可以说是研究工作的一项重点，而在部分具有较快网络变化特征的无线电网络中，多种业务在QoS方面的需求也具有着较快的变化。对此，在未来工作中，就需要做好次优化路由协议的研究，以此对长期的网络性能优化作出保证。