認(rèn)知無線電的應(yīng)用有哪些_人工智能技術(shù)在認(rèn)知無線電中的應(yīng)用詳解 - 全文

　　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)驗來對實際的情況進行實時響應(yīng)，過去的經(jīng)驗包括對死區(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)驗來自主確定采用哪個頻帶的功能。隨著許多CR相關(guān)研究的展開，對CR技術(shù)存在多種不同的認(rèn)識。最典型的一類是圍繞Mitola博士提出的基于機器學(xué)習(xí)和模式推理的認(rèn)知循環(huán)模型來展開研究，他們強調(diào)軟件定義無線電（Software Defined Radio，SDR）是CR實現(xiàn)的理想平臺。

　　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)時間等多種機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，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)的實現(xiàn)。一般的多跳Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在發(fā)送數(shù)據(jù)包時需要預(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。針對這種情況，有研究者提出了采用空時塊碼（Space Time Block Code， STBC）分布式自動重傳請求（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)競爭陷入僵局的問題。

　　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，尤其是對UWB系統(tǒng)中基于CR的合作共存算法的研究較多。一個有效的方法是考慮將CR機制嵌入到UWB系統(tǒng)中。如以跳時-脈沖位置調(diào)制（Time Hopping-pulse Position Modulation， TH-PPM）為例，通過預(yù)先檢測到的干擾頻率，并相應(yīng)選擇合適的跳時序列，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）可通過接入點對頻譜的不間斷掃描，從而識別出可能的干擾信號，并結(jié)合對其它信道通信環(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，在不間斷進行正常通信業(yè)務(wù)的同時，通過認(rèn)知模塊對其工作的頻段以及更寬的頻段進行掃描分析，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)中也會進一步提高系統(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擴展網(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中，都有認(rèn)知無線電可應(yīng)用的場合。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)界對如何將其應(yīng)用于實際通信系統(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行通信。關(guān)于認(rèn)知無線電在未來多媒體移動通信中的應(yīng)用，文獻從多個方面進行了詳細(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，對頻譜的需求也越來越多。有一些國家的一些組織已經(jīng)申請將部分軍用頻譜劃歸民用。這一動向無疑將更進一步加劇了軍用無線電頻譜資源短缺的問題。而CR能夠動態(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通信系統(tǒng)的容量。

　　（2）提高頻譜管理效率

　　戰(zhàn)場頻譜管理是一個非常重要的課題，各國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行戰(zhàn)場頻譜分配。從實戰(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)斗開始前花費大量的時間進行頻譜規(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)場形勢瞬息萬變的現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，固定頻譜分配方案容易貽誤戰(zhàn)機。CR能夠?qū)λ巺^(qū)域的戰(zhàn)場電磁環(huán)境進行感知，對所需帶寬和頻譜的有效性進行自動檢測。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，而且提高了整個通信系統(tǒng)的電磁兼容能力。

　　（3）提供電子對抗能力

　　電子對抗的傳統(tǒng)做法是首先通過戰(zhàn)場無線電檢測，偵察戰(zhàn)場電子環(huán)境，然后將偵察到的情況通過戰(zhàn)役通信網(wǎng)傳達給電子對抗部隊，由擔(dān)任電子對抗任務(wù)的部隊實施干擾。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)境偵察和電子對抗的部隊密切配合。因此，從偵察到實施干擾的周期較長，容易貽誤戰(zhàn)機。CR通過感知戰(zhàn)場電磁頻譜特性，能夠快速、準(zhǔn)確地進行敵我識別?？梢砸贿呥M行電磁頻譜偵察，一邊快速釋放或躲避干擾，實現(xiàn)傳統(tǒng)無線電所不具備的電子對抗能力。

　　（4）增強系統(tǒng)互聯(lián)互通能力

　　目前，各軍兵種裝備了數(shù)量眾多、型號各異的電臺。這些電臺工作頻率、發(fā)射功率、調(diào)制方式等各不相同，無法實現(xiàn)互聯(lián)互通，已成為制約三軍聯(lián)合作戰(zhàn)的一個重要因素。CR能夠覆蓋很寬的頻段，并且用軟件來實現(xiàn)信號的基帶處理、中頻調(diào)制以及產(chǎn)生射頻信號波形。通過自主加載不同的軟件就可以使得一部CR技能與短波電臺通信，也能與超短波電臺通信，甚至能夠與衛(wèi)星通信。正是因為CR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，這些都是傳統(tǒng)無線電無法替代的優(yōu)勢所在。

　　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，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

　　美國聯(lián)邦通信委員會把它看成是可能對頻譜沖突產(chǎn)生重大影響的少數(shù)幾種技術(shù)之一，而美國軍方則因為它們在頻譜規(guī)范方面面臨著巨大的難題，所以也對認(rèn)知無線電十分感興趣。無論是進行軍事演習(xí)和聯(lián)合作戰(zhàn)，或是在國內(nèi)進行培訓(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動態(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，美國國防部提出下一代無線通信（XG）項目，初期投資1700萬美元。該項目將研制和開放頻譜捷變無線電（Spectrum Agile Radio），這些無線電臺在使用法規(guī)的范圍內(nèi)，可以動態(tài)自適應(yīng)變化的無線環(huán)境。XG項目的承包商雷聲公司稱，在不干擾其它無線電臺正常工作的前提下，該項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)。目前正計劃在實際環(huán)境中對其進行驗證，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)爭的要求。未來通信的頻譜管理應(yīng)該是動態(tài)的、集中與分布相結(jié)合的，每一部電臺都將具有無線電信號感知功能（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里，那么組成的通信網(wǎng)絡(luò)就具有很多的感知節(jié)點和通信節(jié)點。軍用認(rèn)知無線電臺還可以使軍方根據(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)場環(huán)境中，抗干擾將是軍事通信的一個重要課題。軍用認(rèn)知無線電臺將大大提升電臺的抗干擾水平。應(yīng)根據(jù)頻譜感知、干擾信號特征以及通信業(yè)務(wù)的需求選取合適的抗干擾通信策略。比如，進行短報文通信時，可以采用在安靜頻率上進行突發(fā)通信的方式；當(dāng)敵方采用跟蹤式干擾時，可采用變速調(diào)頻等干擾策略。

　　人工智能技術(shù)在認(rèn)知無線電中的應(yīng)用詳解

　　1 認(rèn)知循環(huán)與認(rèn)知引擎

　　認(rèn)知無線電從對環(huán)境的感知和分析到做出相應(yīng)的智能決策和行動的認(rèn)知過程可以用一個完整的OOPDAL 認(rèn)知環(huán)路來表示，如圖1 所示。

　　圖1 認(rèn)知環(huán)路其中貫穿了2個過程： 一個是決策環(huán)路（外環(huán)），另一個是學(xué)習(xí)環(huán)路（內(nèi)環(huán)）。在外環(huán)中推理的效能對于做出正確的決策起到至關(guān)重要的作用，而學(xué)習(xí)則是實現(xiàn)知識積累、提高推理效能、連接內(nèi)環(huán)和外環(huán)的關(guān)鍵，推理和學(xué)習(xí)是體現(xiàn)CR 智能行為的2 個主要特征。

　　認(rèn)知引擎（cognitive engine， CE）就是在可重配置的無線電硬件平臺基礎(chǔ)上，實現(xiàn)基于人工智能技術(shù)的推理與學(xué)習(xí)，并做出優(yōu)化決策的智能主體，是實現(xiàn)CR 智能的核心功能模塊。認(rèn)知引擎要成為CR 的智能主體需要具備3 個基本功能：

　　觀察： 收集關(guān)于運行環(huán)境，無線電自身能力和特征的信息；

　　認(rèn)知： 理解環(huán)境和無線電的能力，能夠做出相應(yīng)的決策行動，并學(xué)習(xí)這些行動對無線電性能及網(wǎng)絡(luò)性能的影響；

　　重配置： 改變無線電的運行參數(shù)。

　　認(rèn)知引擎的工作過程如下： 根據(jù)外界無線環(huán)境、CR 自身狀態(tài)和用戶需求等輸入信息（觀察），對情況進行分析，做出合適的反應(yīng)（認(rèn)知），最后將決策輸出（重配置）。認(rèn)知引擎的工作過程正是認(rèn)知環(huán)路的一個循環(huán) 過程，因而，可以說認(rèn)知引擎是推動認(rèn)知環(huán)路運行的源動力。雖然認(rèn)知引擎的共同目標(biāo)都是推動整個認(rèn)知環(huán)路的循環(huán)反復(fù)，但應(yīng)用不同的人工智能技術(shù)決定了各種 CR 系統(tǒng)中認(rèn)知引擎的不同工作方式和功能。

　　2 CR 中常用的人工智能技術(shù)

　　體現(xiàn)認(rèn)知無線電智能的過程包括推理、學(xué)習(xí)和智能優(yōu)化的過程。推理是根據(jù)知識庫中已有的知識和當(dāng)前計劃進行決 策的過程，而學(xué)習(xí)是一個長期的過程，包括對過去行為及執(zhí)行結(jié)果的知識積累，學(xué)習(xí)使得知識庫不斷充實，以提高認(rèn)知無線電未來推理的效能。優(yōu)化能進一步提高參 數(shù)配置的性能，以使得用戶服務(wù)需求最大化。

　　2. 1 推理系統(tǒng)

　　常用于認(rèn)知無線電系統(tǒng)中的推理系統(tǒng)主要包括基于規(guī)則的推理和基于案例的推理。基于規(guī)則的推理在人工智能領(lǐng)域常被用來構(gòu)建專家系統(tǒng)，而基于案例的推理除了推理，還包括學(xué)習(xí)的過程，2 種推理系統(tǒng)各有其特點：

　　2. 1. 1 基于規(guī)則的推理

　　基于規(guī)則的推理（rulebased reasONing， RBR）系統(tǒng)包括知識庫和推理引擎2 部分，首先領(lǐng)域?qū)＜覍⒅R編寫為規(guī)則存入知識庫中，隨后推理引擎根據(jù)輸入和知識庫中的規(guī)則進行推理，最后決定執(zhí)行的動作。RBR 系統(tǒng)執(zhí)行簡單，只要正確全面地將領(lǐng)域知識編為規(guī)則，無線電就可以根據(jù)輸入快速地輸出動作，但是其對規(guī)則的準(zhǔn)確性和完備性要求較高，如果領(lǐng)域知識沒有被很好 地表達，就會得到錯誤的推理結(jié)果，并且當(dāng)系統(tǒng)處理復(fù)雜問題時，規(guī)則之間容易發(fā)生沖突，影響系統(tǒng)正常運行。此外，當(dāng)系統(tǒng)面對未知的新環(huán)境時缺乏學(xué)習(xí)的能力。 因而，RBR 在認(rèn)知無線電中的應(yīng)用受限。

　　2. 1. 2 基于案例的推理

　　基于案例的推理（casebased reasoning， CBR）是根據(jù)已經(jīng)掌握的一些問題的解決方法來獲取相似的新問題的解決方法。CBR 的特點在于它模仿人類的思維過程，當(dāng)遇到新問題時能夠根據(jù)以往的經(jīng)驗得出解決方法，并將新案例存入知識庫，從而實現(xiàn)系統(tǒng)增量式的學(xué)習(xí)。應(yīng)用CBR 的認(rèn)知無線電系統(tǒng)可以不斷地學(xué)習(xí)和適應(yīng)新環(huán)境，無需領(lǐng)域知識，認(rèn)知無線電就能夠具備自學(xué)習(xí)的能力。

　　在實際系統(tǒng)中，人們通常還會將RBR 與CBR 的方法結(jié)合起來使用，當(dāng)知識庫中的規(guī)則可以解決當(dāng)前問題時，直接應(yīng)用推理即可，當(dāng)規(guī)則不足時，則通過案例學(xué)習(xí)豐富系統(tǒng)知識從而做出正確的推理決策。

　　2. 2 機器學(xué)習(xí)方法

　　機器學(xué)習(xí)是研究計算機怎樣模擬或?qū)崿F(xiàn)人類的學(xué)習(xí)行為，以獲取新的知識或技能，重新組織已有的知識結(jié)構(gòu)使之不斷改善自身性能的一門學(xué)科，是人工智能中很重要的一個領(lǐng)域。下面介紹幾種CR 中常用的學(xué)習(xí)方法。

　　2. 2. 1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

　　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（artificial neural networks， ANN）是受到人類大腦神經(jīng)元的工作方式所啟發(fā)，發(fā)展出的一種信息處理系統(tǒng)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)的能力，可以通過預(yù)先提供的一組輸入輸出數(shù) 據(jù)，分析掌握二者之間潛在的規(guī)律，根據(jù)這些規(guī)律，用新的輸入數(shù)據(jù)來推算輸出結(jié)果。ANN 因其動態(tài)自適應(yīng)性，可用來學(xué)習(xí)非線性系統(tǒng)的復(fù)雜模式及屬性，已被用來解決認(rèn)知無線電中頻譜感知，信號分類以及自適應(yīng)配置參數(shù)等問題。

　　2. 2. 2 強化學(xué)習(xí)

　　強化學(xué)習(xí)是用來解決能夠感知環(huán)境的系統(tǒng)通過學(xué)習(xí)選擇能夠達到其目標(biāo)的最優(yōu)動作的問題。當(dāng)系統(tǒng)在環(huán)境中做出每個動作后，通過設(shè)定相應(yīng)的獎懲機制， 使系統(tǒng)能夠從這個非直接的回報中學(xué)習(xí)，以便后續(xù)動作產(chǎn)生最大的累積回報。強化學(xué)習(xí)可以在沒有訓(xùn)練序列的情況下應(yīng)用，其目標(biāo)是使長期的在線性能最大化，因此 它適用于認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)，如未授權(quán)用戶通過用強化學(xué)習(xí)的方法探索可能的傳輸策略同時發(fā)掘相關(guān)知識，通過調(diào)整傳輸參數(shù)，達到限定條件下（如干擾溫度受 限）的目標(biāo)（如最大化吞吐量）。

　　2. 2. 3 貝葉斯學(xué)習(xí)

　　貝葉斯學(xué)習(xí)利用樣本信息的后驗概率和參數(shù)的先驗概率求總體，是一種直接利用概率實現(xiàn)學(xué)習(xí)和推理的方法。貝葉斯學(xué)習(xí)可以根據(jù)過去的經(jīng)驗提高未來的決策能力，在通信系統(tǒng)中可用于問題的抽取、收集和存儲。

　　其他學(xué)習(xí)方法還包括決策樹、模糊邏輯、博弈論和聚類等，在實際的認(rèn)知無線電系統(tǒng)設(shè)計中，需要根據(jù)應(yīng)用場景和目標(biāo)的不同，選擇不同的機器學(xué)習(xí)方法。

　　2. 3 智能優(yōu)化算法

　　根據(jù)環(huán)境變化和用戶需求智能調(diào)整無線電參數(shù)是認(rèn)知無線電的基本功能，參數(shù)調(diào)整需滿足信道條件、用戶需求和制度限定等多方面的要求，因此，認(rèn)知無 線電要能在多個目標(biāo)函數(shù)間進行權(quán)衡，并給出一種符合多條件限制的折衷參數(shù)配置方案。智能優(yōu)化算法模擬生物或自然界的現(xiàn)象，適用于CR 的參數(shù)配置問題。下面簡單介紹幾種常用的智能優(yōu)化算法。

　　2. 3. 1 遺傳算法

　　遺傳算法借鑒生物進化的原理，通過自然選擇、遺傳和變異等操作，模擬自然進化過程來尋找所求問題的答案。它在CR 中的基本思想是把無線電類比為一個生物系統(tǒng)，將無線電的特征定義為一個染色體，染色體的每個基因?qū)?yīng)電臺一個可變的參量，通過遺傳算法的進化得到滿足用戶 服務(wù)質(zhì)量要求的系統(tǒng)配置，但其有效性更多依賴于合適的參數(shù)選擇。

　　2. 3. 2 模擬退火算法

　　這種算法模擬熱力學(xué)中退火過程，通過模擬的降溫過程按玻耳茲曼方程計算狀態(tài)間的轉(zhuǎn)移概率來引導(dǎo)搜索，以一定的概率選擇鄰域中目標(biāo)值相對較小的狀態(tài)，避免陷入局優(yōu)，使算法具有很好的全局搜索能力。該算法執(zhí)行容易，但收斂速率較慢。

　　2. 3. 3 禁忌搜索算法

　　這種方法的基本思想是在搜索過程中將近期的搜索過程存放在禁忌表中，阻止算法重復(fù)進入，禁忌表模擬人類的記憶功能，能夠大大提高尋優(yōu)過程的搜索效率。

　　其他優(yōu)化算法還包括粒子群優(yōu)化算法和蟻群優(yōu)化算法等。智能優(yōu)化算法不僅可以用來推理或通過目標(biāo)函數(shù)尋找最優(yōu)解，還可以通過訓(xùn)練樣例來學(xué)習(xí)搜索空間中能夠達到目標(biāo)的一些規(guī)則。盡管各種算法有不同的特點，但共同的應(yīng)用目的都是通過學(xué)習(xí)廣泛的樣例，形成對目標(biāo)的解決方案。

　　3 人工智能技術(shù)的CR 應(yīng)用實例

　　Newman等人研究的基于CBR的認(rèn)知引擎已經(jīng)應(yīng)用在IEEE 802. 22 的無線區(qū)域網(wǎng)（WRAN）中，這個CE的架構(gòu)如圖2 所示。

　　圖2IEEE 802. 22 的無線區(qū)域網(wǎng)認(rèn)知引擎模型：其中，無線環(huán)境圖（REM）是由分布的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)設(shè)施具備的信息數(shù)據(jù)庫，包括地理信息、服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)信息、政策信息、無 線電設(shè)備的配置能力及過去的經(jīng)驗。REM 中的信息通過不斷觀察CR 節(jié)點的狀態(tài)進行更新，并在CR網(wǎng)絡(luò)中傳播。REM通過提取無線環(huán)境的特征，為CE的工作做準(zhǔn)備，該認(rèn)知引擎結(jié)合了基于知識的學(xué)習(xí)和基于案例的學(xué)習(xí)方法，可 以大大減少認(rèn)知無線電的執(zhí)行功率和自適應(yīng)時間。

　　J.H. Reed 等人開發(fā)的認(rèn)知無線電測試平 臺CoRTekS 基于ANN 技術(shù)。無線電可以改變調(diào)制類型、傳輸功率、設(shè)置頻率和帶寬，同時最優(yōu)化3個目標(biāo)：用戶服務(wù)質(zhì)量、最大化吞吐量以及最小化傳輸功率。系統(tǒng)通過周期訓(xùn)練 ANN， 并觀察相應(yīng)的結(jié)果，使CE 逐漸學(xué)到了在某個場景下，無線電參數(shù)設(shè)置與系統(tǒng)性能間的映射關(guān)系，從而在給定的信道狀態(tài)和用戶需求下，CE 能夠選擇使目標(biāo)函數(shù)最大的設(shè)置。

　　美國維吉尼亞工學(xué)院的無線通信中心的研究人員Rieser等人提出了一種基于遺傳算法的認(rèn)知引擎模型：BioCR。其功能和執(zhí)行流程如圖3所示。

　　該模型包括無線系統(tǒng)遺傳算法模塊（WSGA），無線信道遺傳算法模塊（WCGA）和認(rèn)知系統(tǒng)檢測器模塊（CSM），系統(tǒng)對當(dāng)前環(huán)境下運行的無線電給出一種參數(shù)配置的方法，該配置可被修正多次，直到其真正滿足目標(biāo)需求。

　　4 結(jié)束語

　　人工智能技術(shù)是實現(xiàn)認(rèn)知無線電的核心，該文回顧了一些在認(rèn)知引擎設(shè)計中普遍應(yīng)用的人工智能技術(shù)，并介紹了幾種典型的應(yīng)用不同人工智能技術(shù)的認(rèn)知 引擎。經(jīng)驗證明要設(shè)計出性能完備的認(rèn)知引擎，往往需要將多種人工智能技術(shù)結(jié)合起來，選擇什么樣的人工智能技術(shù)取決于認(rèn)知無線電的應(yīng)用需求，需要設(shè)計者在系 統(tǒng)的反應(yīng)時間、執(zhí)行的復(fù)雜程度、可提供的訓(xùn)練樣例和系統(tǒng)魯棒性等因素間進行權(quán)衡。隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，認(rèn)知引擎必將變得更加智能，認(rèn)知無線電也會 迎來更加廣泛的應(yīng)用前景。