认知无线电技术及其典型应用探讨

李玲

【摘要】    随着互联网科技与信息化技术的快速发展，无线通信技术逐渐实现了在各个行业的广泛应用，无线用户数量呈几何式增长，这就造成频谱资源逐渐捉襟见肘，如何实现这些无线线谱的充分利用，使其满足当前用户需求已成为一项重大难题。而认知无线技术的应用，开辟了新的发展思路，其提出一种全新形式的频谱资源利用方式，其主要途径是让无线通信设备具备频率孔洞发现能力，进而实现其有效应用。文章就认知无线电技术综述、认知无线电技术典型应用进行了论述与分析。

【关键词】    认知无线电技术    典型应用    探讨

引言：

无线电频谱是一种自然资源，频谱在3000GHz频段下時，就理论层面来说是无线电频谱，但是就当前阶段来说，只应用了9KHz至400GHz的频段。

而通信技术的发展以及通信业务的复杂化，使得频谱资源逐渐紧缺，为解决该项问题，研究人员提出了链路自适应技术、天线、编码技术、调制技术等，各项技术在不同层面拓宽了信道容量，但是受限与香农极限，很难去无限制提升信道容量，故而虽然能够在一定条件下去不断应用同一个无线电频谱，也会使得在一个频点与频段上，造成空域、时域上受到限制，难以进行重复使用。基于此，应用更为先进的认知无线电技术已经势在必行。

一、认知无线电技术综述

认知无线电的核心优势是不需经过授权即可在对应用户工频频段进行工作，实现对“闲置”频谱的二次利用。授权用户又称主用户，其得到频率部门合法授权之后，可在规定范围内应用该频段对应的无限电用户。此外还存在一种感知用户，其未按照固定流程得到使用授权，但是仍可通过一定的途径实现主用户频段有效使用，这即本节讨论的认知无线电用户。

从认知无线电技术应用的整体过程来说，认知无线电系统在其中发挥着检测、分析、推理与调整修正的作用，这些功能的实现都需无线电系统对应的技术来实现，应用较多的技术包括：功率控制、频谱检测、界定核心功能等。

1.1干扰温度设定

干扰温度设定主要用于将无线环境中的诸多干扰问题进行量化并实现其有效管理，而认知无线电系统会设定一个干扰温度门限，该门限不会影响授权用户的日常运行，且有授权用户一般运行状态时最坏信噪比决定。而非授权用户则是被视为一种对授权用户的干扰，若是非授权用户在应用过程中信号积累干扰大于正常温度门限，此时授权用户将难以正常运行。故而干扰温度设定是保障授权用户、非授权用户共同接入、工作的有效技术措施[1]。

1.2频率检测技术

频谱区域一般会包括白、灰、黑三色，频谱检测技术的应用主要是查找白色区域，其可使得认知无线电业务正常展开，并对工作频段在白、黑区域的转变实施检测。一般会在接收端测量干扰温度，寻找频谱空洞，将获取信息经反馈通道传向发送端，以此来控制发射频率、管理动态频谱。在接收端、发射端也可选择波束成型技术来进行干扰控制补充。此外频谱检测技术还担负着频谱状态在线检测地任务，以此来源源不断的收集对应的无线环境资料，为频段管理供给数据信息[2]。

在应用无线电进程中，频率检测技术除了要担负频率孔洞搜寻与判定工作，还需借助其本身的系统功能去在线检测通信频谱状态，使其始终处于可控状态。

在检测并收集到对应的资料数据信息之后，能够为相应的频谱管理流程提供参数支持。且在特定环境下，依靠监测频谱能够精准的判定并预防射频信号碰撞出现，使得系统可实现主动退避，以此来保证原有授权用户的正常通信不受干扰。

CR频率检测技术根据其本身应用方式的不同分为主动式、被动式。

主动检测指的是CR终端借助射频前端进行电磁信息采集，以信号处理技术来进行当前环境下的频谱使用状况进行识别与统计;被动检测值得之通过系统基站实现频谱分析，其后综合以往历年的广播频谱信息，让CR终端可选择“被动”模式准确记录无线频谱使用情况。

而在设计系统时，不论是主动式还是被动式，都很难快速发现弱信号，因此在系统设计时还会结合使用频谱检测技术，如此在检测到弱信号的同时，提升网络整体灵活性。

1.3动态频谱资源分配

CR网络中用户在可用信道位置与数量、宽带需求方面处于一直变化状态，出纳通形式的无线动态频谱分配以及语音形式已经逐渐难以满足需求，此外在分配完全动态频谱时会因系列标准、接入协议、政策限制，因此在接入动态频谱时

主要探究的是频谱池这一模块。频谱池的应用思想是将按照一定比例分配给各种业余的频谱，再结合为公共频谱池，从而在频谱池上开辟数个子信道，这些信道就是频谱分配所属的基本单元。

频谱池共享技术核心问题是如何准确分类子信道与特定频谱。通常状态下，CR会借助多抽头奇异值分解算法按照固定的流程、规范与标准来归类相应时间与位置的频谱状态。然而频谱池并非是一成不变的，其各个频率成份都是在变化的，如果授权用户子信道归属于白色区域、空闲灰色，感知用户会对干扰用户的通信产生影响，因此保证检测过程的可靠性与灵敏性必不可少。

1.4频率控制、频谱管理

认知无线电可选择已授权频谱资源，但是在应用时要保证全过程不会影响正常的用户通信。为提升频谱使用率，降低其他因素干扰，需在一定程度上改变频谱管理思想、规则、标准等，使其基于当前通信需求出发，切实满足社会需求。

认知循环中，频谱检测会获取若干信息，然后将这部分信息传递至发送端，然后综合考虑主用户接收机信号实时本地信噪比，并将其当作主用户、认知用户间存在的距离，再以此为基础进行认知用户发射功率调整，避免其干扰授权用户[3]。

二、认知无线电技术典型应用

认知无线电技术典型应用主要体现在以下四个方面：

2.1超宽带系统中的应用

超宽带系统与认知无线电技术前景有着密切关联，其有着低成本、低能耗、抗多径能力强、大容量、高传输速率等特征与优势，其信号波形在多个频域分布，与频率使用权本身的窄带无线电系统发生重叠似乎无可避免，如此让其兼容、共存成为难点问题，很多专业研究人员开始尝试利用认知无线电技术来解决该项问题。

部分专家提出以多频带OFDM-UWB方案来搭配频率检测技术进行应用，其可对窄带干扰形成抑制，使得其他部分的系统能够实现共存，改善共享难题，提升传输频率与超宽带系统性能。

2.2在Mesh网中的应用

无线Mesh网是一种全新形式的网络结构，其具备无线多跳一样的网络拓扑结构，网络所有节点都能进行信息发送与接收，所有节点都能找到对应的1个或多个对等节点实现通信，有着成本低、随时接入的优势。

但是网络密度在发展过程中逐渐增大，服务要求更多的吞吐量，故而无线Mesh网对于处理能力有了更大的需求，而利用频率检测技术可强化频谱利用，且其与无线Mesh网结合应用能够在人口即為稠密的城市实现无线宽度接入。而当无线Mesh网骨干网络由固定中继点、认知接入点组成，Mesh网将会有更为广阔的覆盖范围[4]。

2.3在WRAN中的应用

IEEE802.22出现在2004年，其后经过不断的完善与优化，形成无线区域网络（即WRAN）。选择频率检测技术能够在宽带接入通道广泛的应用广播、电视VHF/UHF频带。此外依靠802.22系统，点至多点无线空中接口得以进一步规范，应用效果得以提升，通过CR基站有效管理区域内的认知用户。

这部分认知用户能够在使用TV频道扫描之后，进行对应的资源监测，将频道占用信息输送到基站，让基站以此为导向动态化管理相应的频谱资源。

但是以CR频率监测技术为基础的WRAN还存在着以下难题等待解决：

其一，WRAN本身需更高自适应性与灵活性的接口;

其二，为实现共存，应配备对应的MAC层、物理层控制机制，使得基站可通过授权用户频谱感知实现对网络频率、功率的动态调整，使其避免受到干扰;

其三，为避免出现或高效解决可能出现的重叠覆盖、排列覆盖问题，进行有效的频率共享，要求认知无线电系统能够结界能够协调好各个基站间的工作模式，使其能够在不冲突的环境下保持紧密合作。

2.4在WLAN中的应用

以IEEE802.11a与IEEE802.11b/g为基础的无线局域网设备在5.8GHz与2.4GHz不需经过授权的相应频段上工作。在该频段，有一定机率受到无绳电话、微波炉、HomeRF设备、蓝牙设备与其他形式工业设备的影响。无线局域网具备认知功能，可借助接入点来持续性的扫描频谱，识别出潜在的各种干扰信号，并综合考虑其他信道历史通信环境，给予对质量的认知来选择出最适宜的通信信道。且接入点在具备认知功能时，除了可进行持续性的通信业务外，还可在认知模块对相应的工作频段甚至与更高频段扫描分析，以此来挖掘出各种非法恶意攻击终端，进而提升网络通信的安全性与功能性[5]。

三、结语

综述，文章就认知无线电技术及典型应用进行了分析与论述，强调了其对于解决当前频谱资源短缺问题的重要性，因此要求相关技术人员能够给予其足够的重视，探究该技术的主要应用特点、条件，使其能够以适宜的方式实现在无线电通信中的应用，并对应用效果与反馈进行总结与分析，从而对该技术的应用方式进行不断的调整与优化，以此来发挥出其最大功效。

参  考  文  献

[1]武秀广，宋旭，任培明.认知无线电关键技术及应用[J].数字通信世界，2018，（2）：63-66.

[2]王建波，田春明，林本浩.认知无线电技术、应用及标准化进展[C].全国无线电应用与管理学术会议，2018，（9）：56.

[3]党建武，李翠然，谢健骊.认知无线电技术与应用#：#Cognitive radio technology and application[M].清华大学出版社，2019，（3）：55.

[4]郭彩丽，张天魁，曾志民等.一种新的频谱共享技术——认知无线电技术及其应用[C].中国科协年会，2018，（11）：23.

[5]宗平，刘柳，乔秀泉.认知无线电技术在ZigBee中的应用研究[J].计算机技术与发展， 2019，22（8）：241-244.