認(rèn)知無線電(Cognitive Radio,CR)的學(xué)習(xí)能力是使它從概念走向?qū)嶋H應(yīng)用的真正原因。有了足夠的人工智能,它就可能通過吸取過去的經(jīng)驗(yàn)來對(duì)實(shí)際的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng),過去的經(jīng)驗(yàn)包括對(duì)死區(qū)、干擾和使用模式等的了解。這樣,CR有可能賦予無線電設(shè)備根據(jù)頻帶可用性、位置和過去的經(jīng)驗(yàn)來自主確定采用哪個(gè)頻帶的功能。隨著許多CR相關(guān)研究的展開,對(duì)CR技術(shù)存在多種不同的認(rèn)識(shí)。最典型的一類是圍繞Mitola博士提出的基于機(jī)器學(xué)習(xí)和模式推理的認(rèn)知循環(huán)模型來展開研究,他們強(qiáng)調(diào)軟件定義無線電(Software Defined Radio,SDR)是CR實(shí)現(xiàn)的理想平臺(tái)。
認(rèn)知無線電的應(yīng)用有哪些_民用領(lǐng)域
1、在WRAN中的應(yīng)用
IEEE已于2004年10月正式成立IEEE 802.22工作組——無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WRAN)工作組,2007年下半年完成標(biāo)準(zhǔn)化工作。IEEE 802.22的核心技術(shù)就是CR技術(shù),其目的是研究基于認(rèn)知無線電的物理層、媒體訪問控制(MAC)層和空中接口,以無干擾的方式使用已分配給電視廣播的頻段,將分配給電視廣播的甚高頻/超高頻頻帶(北美54~862 MHz)的頻率用作寬帶接入頻段。依據(jù)IEEE 802.22功能需求標(biāo)準(zhǔn),WRAN空中接口面臨的主要挑戰(zhàn)是靈活性和自適應(yīng)性。此外,相比別的IEEE標(biāo)準(zhǔn),IEEE 802.22空中接口的共存問題也很關(guān)鍵,如偵聽門限、響應(yīng)時(shí)間等多種機(jī)制還需要做大量的研究。
2、 在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用
當(dāng)認(rèn)知無線電技術(shù)應(yīng)用于低功耗多跳Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中時(shí),需要新的MAC協(xié)議和路由協(xié)議支持分布式頻率共享系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。一般的多跳Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)需要預(yù)先確定通信路由,采用CR技術(shù)后,因來自周圍無線系統(tǒng)的干擾波動(dòng)較大,需要不斷地更改路由。因此,用于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的傳統(tǒng)路由技術(shù)不再適用。針對(duì)這種情況,有研究者提出了采用空時(shí)塊碼(Space Time Block Code, STBC)分布式自動(dòng)重傳請(qǐng)求(Automatic Repeat request, ARQ)技術(shù),利用包的重傳來代替路由技術(shù),該方法可根據(jù)周圍的環(huán)境,避開干擾區(qū)域自適應(yīng)選擇路由。
此外,由于網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的最優(yōu)選擇很大程度上依賴于物理層環(huán)境(如移動(dòng)性、傳播路徑等)的變化和應(yīng)用的需求(如QoS)等,而在Ad Hoc認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中,多種業(yè)務(wù)的QoS需求的變化要比網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓€要快。因此,有必要研究次優(yōu)化路由協(xié)議,以保證長(zhǎng)期的網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化。
3、在UWB中的應(yīng)用
最初將CR技術(shù)應(yīng)用于UWB系統(tǒng)中,即認(rèn)知UWB無線電技術(shù)的提出是為了實(shí)現(xiàn)直接序列超寬帶(Direct Sequence UWB, DS-UWB)和多頻帶正交頻分復(fù)用(Multiband Orthogonal Frequency Division Multiplexing, MB-OFDM)兩種UWB標(biāo)準(zhǔn)的互通,以及解決IEEE 802.15.3a物理層DS-UWB和MB-OFDM兩種可選技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)競(jìng)爭(zhēng)陷入僵局的問題。
由于UWB系統(tǒng)與傳統(tǒng)窄帶系統(tǒng)之間存在著不可避免的干擾,將CR技術(shù)與UWB技術(shù)相結(jié)合以解決干擾問題,已成為近幾年研究的熱點(diǎn),尤其是對(duì)UWB系統(tǒng)中基于CR的合作共存算法的研究較多。一個(gè)有效的方法是考慮將CR機(jī)制嵌入到UWB系統(tǒng)中。如以跳時(shí)-脈沖位置調(diào)制(Time Hopping-pulse Position Modulation, TH-PPM)為例,通過預(yù)先檢測(cè)到的干擾頻率,并相應(yīng)選擇合適的跳時(shí)序列,可將UWB系統(tǒng)與傳統(tǒng)窄帶系統(tǒng)間的干擾減至最小。
4、在WLAN中的應(yīng)用
具有認(rèn)知功能的無線局域網(wǎng)(WLAN)可通過接入點(diǎn)對(duì)頻譜的不間斷掃描,從而識(shí)別出可能的干擾信號(hào),并結(jié)合對(duì)其它信道通信環(huán)境和質(zhì)量的認(rèn)知,自適應(yīng)地選擇最佳的通信信道。另外,具有認(rèn)知功能的接入點(diǎn),在不間斷進(jìn)行正常通信業(yè)務(wù)的同時(shí),通過認(rèn)知模塊對(duì)其工作的頻段以及更寬的頻段進(jìn)行掃描分析,從而可盡快地發(fā)現(xiàn)非法惡意攻擊終端。這樣的技術(shù)應(yīng)用在其它類型的寬帶無線通信網(wǎng)絡(luò)中也會(huì)進(jìn)一步提高系統(tǒng)的性能和安全性。
但是,盡管認(rèn)知無線電的智能性得到很多的認(rèn)可,實(shí)際上還是存在很多否定意見。
5、在網(wǎng)狀(Mesh)網(wǎng)中的應(yīng)用
認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)是近幾年出現(xiàn)的全新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),它具有無線多跳的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),通過中繼的方式有效地?cái)U(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。由于微波頻段受限于視距傳輸,基于認(rèn)知無線電技術(shù)的Mesh網(wǎng)絡(luò)將有利于在微波頻段實(shí)現(xiàn)頻譜的開放接入。
6、在多入多出(MIMO)系統(tǒng)中的應(yīng)用
在無線通信許多新的研究熱點(diǎn)中,都有認(rèn)知無線電可應(yīng)用的場(chǎng)合。認(rèn)知MIMO技術(shù)可顯著地提高無線通信系統(tǒng)的頻譜效率,這是認(rèn)知無線電技術(shù)的主要目標(biāo),故將MIMO技術(shù)引入到認(rèn)知無線電系統(tǒng)中,將能提供載波頻率和復(fù)用增益的雙重靈活性。
值得關(guān)注的是,認(rèn)知無線電技術(shù)不但引起了學(xué)術(shù)界的相當(dāng)關(guān)注,工業(yè)界對(duì)如何將其應(yīng)用于實(shí)際通信系統(tǒng)也產(chǎn)生了濃厚的興趣。墨爾本的Adapt4LLC公司在2006年2月宣布已開發(fā)出是世界最早的商用CR系統(tǒng)XG1,該系統(tǒng)取得美國(guó)FCC的認(rèn)證,可以在一些授權(quán)頻段未使用的情況下使用該頻段進(jìn)行通信。關(guān)于認(rèn)知無線電在未來多媒體移動(dòng)通信中的應(yīng)用,文獻(xiàn)從多個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析與論述,在此不再贅述。
認(rèn)知無線電的應(yīng)用有哪些_軍事領(lǐng)域
1、認(rèn)知無線電在軍事領(lǐng)域發(fā)揮的作用
?。?)提高通信系統(tǒng)容量
無線頻譜資源短缺的問題,不僅在民用領(lǐng)域比較突出,在軍用領(lǐng)域也是如此。尤其是在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)條件下,多種電子設(shè)備在有限的地域內(nèi)密集開設(shè),將使得頻譜資源異常緊張。而且,隨著民用無線電設(shè)備的更新?lián)Q代和用戶數(shù)量的急劇增加,對(duì)頻譜的需求也越來越多。有一些國(guó)家的一些組織已經(jīng)申請(qǐng)將部分軍用頻譜劃歸民用。這一動(dòng)向無疑將更進(jìn)一步加劇了軍用無線電頻譜資源短缺的問題。而CR能夠動(dòng)態(tài)利用頻譜資源,理論上可使頻譜利用率提高數(shù)十倍。因此,即使是部分采用CR,也能較大幅度提高整個(gè)通信系統(tǒng)的容量。
(2)提高頻譜管理效率
戰(zhàn)場(chǎng)頻譜管理是一個(gè)非常重要的課題,各國(guó)軍方都非常重視這一問題的研究。然而,目前基本都采用固定頻率分配的形式進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)頻譜分配。從實(shí)戰(zhàn)情況來看,這種方案是不完全成功的。一方面,這種分配方案不但導(dǎo)致頻譜資源利用率較低,而且容易導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部或者友軍之間互相產(chǎn)生電磁干擾;另一方面,這種分配方案需要在戰(zhàn)斗開始前花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行頻譜規(guī)劃;此外,通信頻率一旦確定,在戰(zhàn)斗狀態(tài)下,無論發(fā)生什么情況都無法更改。因此,在戰(zhàn)場(chǎng)形勢(shì)瞬息萬變的現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中,固定頻譜分配方案容易貽誤戰(zhàn)機(jī)。CR能夠?qū)λ巺^(qū)域的戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境進(jìn)行感知,對(duì)所需帶寬和頻譜的有效性進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。因此,借助CR可以快速完成頻譜資源的分配,在通信過程中還可以自動(dòng)調(diào)整通信頻率。不僅提高了組網(wǎng)的速度,而且提高了整個(gè)通信系統(tǒng)的電磁兼容能力。
?。?)提供電子對(duì)抗能力
電子對(duì)抗的傳統(tǒng)做法是首先通過戰(zhàn)場(chǎng)無線電檢測(cè),偵察戰(zhàn)場(chǎng)電子環(huán)境,然后將偵察到的情況通過戰(zhàn)役通信網(wǎng)傳達(dá)給電子對(duì)抗部隊(duì),由擔(dān)任電子對(duì)抗任務(wù)的部隊(duì)實(shí)施干擾。這種方式不僅需要大量的人力物力,而且需要擔(dān)任電磁環(huán)境偵察和電子對(duì)抗的部隊(duì)密切配合。因此,從偵察到實(shí)施干擾的周期較長(zhǎng),容易貽誤戰(zhàn)機(jī)。CR通過感知戰(zhàn)場(chǎng)電磁頻譜特性,能夠快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行敵我識(shí)別。可以一邊進(jìn)行電磁頻譜偵察,一邊快速釋放或躲避干擾,實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)無線電所不具備的電子對(duì)抗能力。
?。?)增強(qiáng)系統(tǒng)互聯(lián)互通能力
目前,各軍兵種裝備了數(shù)量眾多、型號(hào)各異的電臺(tái)。這些電臺(tái)工作頻率、發(fā)射功率、調(diào)制方式等各不相同,無法實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通,已成為制約三軍聯(lián)合作戰(zhàn)的一個(gè)重要因素。CR能夠覆蓋很寬的頻段,并且用軟件來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的基帶處理、中頻調(diào)制以及產(chǎn)生射頻信號(hào)波形。通過自主加載不同的軟件就可以使得一部CR技能與短波電臺(tái)通信,也能與超短波電臺(tái)通信,甚至能夠與衛(wèi)星通信。正是因?yàn)镃R能夠自主學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議和服務(wù),從而能從根本上提高系統(tǒng)的互操作性和互聯(lián)互通能力。
除了以上功能和優(yōu)點(diǎn)外,CR還提供定位及環(huán)境感知功能,具有不易受民用無線電干擾、組網(wǎng)快捷等優(yōu)點(diǎn),這些都是傳統(tǒng)無線電無法替代的優(yōu)勢(shì)所在。
2、認(rèn)知無線電在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用
基于在軍事領(lǐng)域具有的功能和優(yōu)點(diǎn),認(rèn)知無線電在軍事領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景,最重要的兩項(xiàng)軍事應(yīng)用領(lǐng)域是頻譜管理和抗干擾通信。
?。?)頻譜管理
美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)把它看成是可能對(duì)頻譜沖突產(chǎn)生重大影響的少數(shù)幾種技術(shù)之一,而美國(guó)軍方則因?yàn)樗鼈冊(cè)陬l譜規(guī)范方面面臨著巨大的難題,所以也對(duì)認(rèn)知無線電十分感興趣。無論是進(jìn)行軍事演習(xí)和聯(lián)合作戰(zhàn),或是在國(guó)內(nèi)進(jìn)行培訓(xùn),軍方都遇到有關(guān)頻率分配的巨大問題。有了認(rèn)知無線電技術(shù),軍方將不再局限于一個(gè)動(dòng)態(tài)的頻率規(guī)劃,而是可以從根本上適應(yīng)需求的變化。
為此,美國(guó)國(guó)防部提出下一代無線通信(XG)項(xiàng)目,初期投資1700萬美元。該項(xiàng)目將研制和開放頻譜捷變無線電(Spectrum Agile Radio),這些無線電臺(tái)在使用法規(guī)的范圍內(nèi),可以動(dòng)態(tài)自適應(yīng)變化的無線環(huán)境。XG項(xiàng)目的承包商雷聲公司稱,在不干擾其它無線電臺(tái)正常工作的前提下,該項(xiàng)目可使目前的頻譜利用率提高10~20倍。雷聲公司在該研究中采用的就是認(rèn)知無線電技術(shù)。目前正計(jì)劃在實(shí)際環(huán)境中對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證,并為XG技術(shù)向軍事和潛在的商業(yè)應(yīng)用移植作準(zhǔn)備。 靜態(tài)的、集中的頻譜分配策略已不能滿足靈活多變的現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的要求。未來通信的頻譜管理應(yīng)該是動(dòng)態(tài)的、集中與分布相結(jié)合的,每一部電臺(tái)都將具有無線電信號(hào)感知功能(偵察功能)。軍用認(rèn)知無線電如能將通信與偵察集成到一部電臺(tái)里,那么組成的通信網(wǎng)絡(luò)就具有很多的感知節(jié)點(diǎn)和通信節(jié)點(diǎn)。軍用認(rèn)知無線電臺(tái)還可以使軍方根據(jù)頻譜管理中心分配的頻率資源與感知的頻率環(huán)境來確定通信策略,而頻譜管理中心還可以從軍用認(rèn)知無線電臺(tái)獲取各地區(qū)的頻譜利用及受擾信息。這樣就形成了集中與分布式相結(jié)合的動(dòng)態(tài)頻譜管理模式,使得部署更加方便。
(2)高抗干擾通信
在未來的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中,抗干擾將是軍事通信的一個(gè)重要課題。軍用認(rèn)知無線電臺(tái)將大大提升電臺(tái)的抗干擾水平。應(yīng)根據(jù)頻譜感知、干擾信號(hào)特征以及通信業(yè)務(wù)的需求選取合適的抗干擾通信策略。比如,進(jìn)行短報(bào)文通信時(shí),可以采用在安靜頻率上進(jìn)行突發(fā)通信的方式;當(dāng)敵方采用跟蹤式干擾時(shí),可采用變速調(diào)頻等干擾策略。
評(píng)論
查看更多