認(rèn)知無(wú)線電的定義及原理_認(rèn)知無(wú)線電的關(guān)鍵技術(shù)_認(rèn)知無(wú)線電發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

　　認(rèn)知無(wú)線電（Cognitive Radio，CR） 的概念起源于1999年Joseph Mitolo博士的奠基性工作。它可以通過(guò)學(xué)習(xí)、理解等方式，自適應(yīng)的調(diào)整內(nèi)部的通信機(jī)理、實(shí)時(shí)改變特定的無(wú)線操作參數(shù)（如功率、載波調(diào)制和編碼等）等，來(lái)適應(yīng)外部無(wú)線環(huán)境，自主尋找和使用空閑頻譜。它能幫助用戶選擇最好的、最適合的服務(wù)進(jìn)行無(wú)線傳輸，甚至能夠根據(jù)現(xiàn)有的或者即將獲得的無(wú)線資源延遲或主動(dòng)發(fā)起傳送。

　　一、認(rèn)知無(wú)線電的定義

　　1、JosephMitola對(duì)認(rèn)知無(wú)線電的定義

　　1999年，JosephMitola在他的學(xué)術(shù)論文 中首先提出了認(rèn)知無(wú)線電的概念，并描述了認(rèn)知無(wú)線電如何通過(guò)“無(wú)線電知識(shí)描述語(yǔ)言（RKRL，RadioKnowledgeRepresentationLanguage）”來(lái)提高個(gè)人無(wú)線業(yè)務(wù)的靈活性。隨后，JosephMitola在他的博士論文中詳細(xì)探討了這一理論 。他認(rèn)為：認(rèn)知無(wú)線電應(yīng)該充分利用無(wú)線個(gè)人數(shù)字設(shè)備和相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)在無(wú)線電資源和通信方面的智能計(jì)算能力來(lái)檢測(cè)用戶通信需求，并根據(jù)這些需求提供最合適的無(wú)線電資源和無(wú)線業(yè)務(wù)。Mitola的認(rèn)知無(wú)線電的定義是對(duì)軟件無(wú)線電的擴(kuò)展。認(rèn)知無(wú)線電以軟件無(wú)線電為平臺(tái)，并使軟件無(wú)線電智能化。

　　2、FCC的認(rèn)知無(wú)線電定義

　　JosephMitola定義的認(rèn)知無(wú)線電強(qiáng)調(diào)“學(xué)習(xí)”的能力，認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)需要考慮通信環(huán)境中的每一個(gè)可能參數(shù)，然后做出決定。相比于JosephMitola的定義，F(xiàn)CC針對(duì)頻譜有效分配問(wèn)題對(duì)認(rèn)知無(wú)線電做出的定義更能為業(yè)界所接受。在2003年12月的一則通告 中，F(xiàn)CC對(duì)認(rèn)知無(wú)線電作出如下定義：認(rèn)知無(wú)線電是能夠與所處的通信環(huán)境進(jìn)行交互并根據(jù)交互結(jié)果改變自身傳輸參數(shù)的無(wú)線電。

　　FCC對(duì)認(rèn)知無(wú)線電的這個(gè)定義主要是基于頻譜資源分配和管理問(wèn)題提出的。目前無(wú)線頻譜資源的規(guī)劃和使用都是由政府制定的，無(wú)線通信設(shè)備對(duì)頻譜的使用需要經(jīng)過(guò)政府的許可。而固定的頻譜分配政策導(dǎo)致了頻譜不能有效利用的問(wèn)題。比如分配給蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻帶經(jīng)常超負(fù)荷，而共用頻帶沒(méi)有充分使用等。而且頻段的利用率在不同的時(shí)間和空間也有所不同。

　　3、其他的認(rèn)知無(wú)線電定義

　　除了JosephMitola和FCC外，還有很多學(xué)者對(duì)認(rèn)知無(wú)線電進(jìn)行了定義。

　　比如，SimonHaykin結(jié)合JosephMitola和FCC的觀點(diǎn)，對(duì)認(rèn)知無(wú)線電做出如下定義 ：認(rèn)知無(wú)線電是一個(gè)智能無(wú)線通信系統(tǒng)，它能感知外界環(huán)境，并使用人工智能技術(shù)從環(huán)境中學(xué)習(xí)，通過(guò)實(shí)時(shí)改變傳輸功率、載波頻率和調(diào)制方式等系統(tǒng)參數(shù)，使系統(tǒng)適應(yīng)外界環(huán)境的變化，從而達(dá)到很高的頻譜利用率和最佳通信性能。

　　二、認(rèn)知無(wú)線電特點(diǎn)

　　對(duì)環(huán)境的感知能力：此特點(diǎn)是CR技術(shù)成立的前提，只有在環(huán)境感知和檢測(cè)的基礎(chǔ)上，才能使用頻譜資源。頻譜感知的主要功能是監(jiān)測(cè)一定范圍的頻段，檢測(cè)頻譜空洞。

　　對(duì)環(huán)境變化的學(xué)習(xí)能力、自適應(yīng)性：此特點(diǎn)體現(xiàn)CR技術(shù)的智能性，在遇到主用戶信號(hào)時(shí)，能盡快主動(dòng)退避，在頻譜空洞間自如的切換。

　　通信質(zhì)量的高可靠性：要求系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)任何時(shí)間任何地點(diǎn)的高度可靠通信，能夠準(zhǔn)確地判定主用戶信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間、地點(diǎn)、頻段［2］等信息，及時(shí)調(diào)整自身參數(shù)，提高通信質(zhì)量。

　　系統(tǒng)功能模塊的可重構(gòu)性：CR設(shè)備可根據(jù)頻譜環(huán)境動(dòng)態(tài)編程，也可通過(guò)硬件設(shè)計(jì)，支持不同的收發(fā)技術(shù)?？梢灾貥?gòu)的參數(shù)包括：工作頻率、調(diào)制方式、發(fā)射功率和通信協(xié)議等。

　　三、認(rèn)知無(wú)線電原理

　　認(rèn)知無(wú)線電原理如圖1所示，由圖可看出，CR設(shè)備對(duì)周圍環(huán)境感知、探測(cè)、分析，這種探測(cè)和感知是全方位的，應(yīng)對(duì)地形、氣象等綜合信息也有所了解。由此圖也可得出，CR是高智能設(shè)備，應(yīng)包含一個(gè)智能收發(fā)器。有了足夠的人工智能，它就能吸取過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行響應(yīng)，過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)包括對(duì)死區(qū)、干擾和使用模式等的了解。它的學(xué)習(xí)能力是使它從概念走向應(yīng)用的真正原因。

　　圖1：認(rèn)知無(wú)線電原理圖

　　當(dāng)CR用戶發(fā)現(xiàn)頻譜空洞，使用已授權(quán)用戶的頻譜資源時(shí)［3］，必須保證它的通信不會(huì)影響到已授權(quán)用戶的通信，一旦該頻段被主用戶使用，CR有兩種應(yīng)對(duì)方式：一是切換到其它空閑頻段通信；二是繼續(xù)使用該頻段，改變發(fā)射頻率或調(diào)制方案，避免對(duì)主用戶的干擾。