認知無線電技術(shù)介紹

標準化文件發(fā)布號：(9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY- 認知無線電是一種可以感知外界通信環(huán)境的智能通信技術(shù)，它能夠通過對外部環(huán)境的理解與學習，實時調(diào)整通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部配置，智能地適應(yīng)外部環(huán)境的變化。認知無線電展示了管理復雜網(wǎng)絡(luò)的新方向，它試圖將人工智相關(guān)技術(shù)引入到網(wǎng)絡(luò)中，使網(wǎng)絡(luò)具有自管理、自學習、自優(yōu)化的能力，從而真正實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的可控制、可管理、可信任。同時，它更加注重應(yīng)用端到端的目標，能明顯改善網(wǎng)絡(luò)QoS和用戶的業(yè)務(wù)體驗。文章從認知無線電的基本概念出發(fā)，闡述了認知無線電的基本特征和系統(tǒng)平臺結(jié)構(gòu)、發(fā)展及研究現(xiàn)狀，包括涉及的一些關(guān)鍵技術(shù)以及應(yīng)用領(lǐng)域的相關(guān)介紹。ctsystemCognitiveradioispossibletoperceivethehwhichitlearnsfromtheenvironmentthenrnalcommunicationnetworkconfigurationandngesintheexternalenvironmentCognitiveradionagingthecomplexnetworksitattemptstofuseialintelligenceintothenetworkformingabrandnewselflearningselfoptimizingwhichcanrealizetherolmanagementandtrustAtthesametimeitfocusonichiscapableofsignificantlyimprovingnetworkceFromthebasicconceptsofcognitivenetworkweicsofthecognitiveradiosystemimplementationmentofinvolvingresearchinthispaperincludingseveralkeytechnologiesandapplications.icskeytechnologyApplication1、認知無線電簡介技術(shù)產(chǎn)生背景及意義隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，人們可以獲得的帶寬不斷的增加。以移動的需求。一方面，人們不斷開發(fā)新的無線通信技術(shù)，利用新的頻段來提業(yè)務(wù)；另外一方面，各種改進的調(diào)制和編碼技術(shù)也使得現(xiàn)有頻譜的利用以提高。然而，頻譜資源終究是有限的，并且變得越來越緊張。尤其是網(wǎng)(WLAN)技術(shù)、無線個人域網(wǎng)絡(luò)(WPAN)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的。而另外一些通信業(yè)務(wù)(如電視廣播業(yè)務(wù)等)需要通信信業(yè)務(wù)的干擾。為了提供良好的保頻段相比，非授權(quán)頻段的頻譜資源要少很多。而相當數(shù)量的授權(quán)頻譜資源用率卻非常低。于是就出現(xiàn)了這樣的事實：某些部分的頻譜資源相對較少承載的業(yè)務(wù)量很大，而另外一些已授權(quán)的頻譜資源利用率卻很低。因可以得出這樣的結(jié)論：基于目前的頻譜資源分配方法，有相當一部分頻譜向。1999年，JosephMitola在他的學術(shù)論文中首先提出了認知無線電的概念，身傳輸參數(shù)的無線想就是使無線通信設(shè)備具有發(fā)現(xiàn)“頻譜空洞”并合理利題提供了全新空間上的頻譜空的有效途徑，也是技術(shù)和應(yīng)理念和平臺結(jié)構(gòu)認知無線電的基本出發(fā)點就是：為了提高頻譜利用率，具有認知功能的無OpportunisticWay的方式工作在已授權(quán)的頻段少的通信業(yè)務(wù)在活動的情中出現(xiàn)的可以被利用的頻譜資源被稱為“頻譜空要做到這一點，非授權(quán)用戶必須些規(guī)則可以隨時根據(jù)頻譜的利用情況、通信業(yè)務(wù)的負荷與分布等進行不斷的調(diào)整，因此通過這些規(guī)則，頻譜管理者就能以更為靈活的方式來管理寶貴的頻譜論對于軟件無線電平臺還是認知無線電平臺，軟件部分的硬件支撐都是通用硬件平臺。也就是說，從圖可以看出，和軟件無線電類似，認知無組成，為軟件提供硬件支撐的認知無線電通用硬件平臺的組成和結(jié)構(gòu)與軟件無認知無線電還需要完成頻譜感知、頻譜分析、頻譜判決等認知無線電特有的功能。相對軟件無線電系統(tǒng)而言，認知無線電系統(tǒng)射頻模塊的特點就是，它需要協(xié)助系統(tǒng)甚至單獨完成寬帶頻譜感知功能。這個功能要求射頻模塊的射頻硬件認知無線電的發(fā)展及研究現(xiàn)狀CognitiveRadioCR起源于1999年JosephMitola博士的奠展開，并在單純通過現(xiàn)有的傳輸技術(shù)無法有效解決頻譜利用效率偏低的情況一個研究方向是降低信號的功率譜密度來進行頻譜的復用，其典型應(yīng)用就是超寬帶(UWB，UltraWideband)技術(shù)。管理技術(shù)，以達到充分利用頻譜的在不影響授權(quán)頻段的正常通信的基礎(chǔ)上，可以按照某種機會方式來接入授權(quán)的頻段、頻譜移動性管理、認知無線外的大學和科研機構(gòu)也相續(xù)開展了認知無線電技術(shù)的研究。其中主要的研究機構(gòu)有美國國防高級研究計劃署(DARPA，DefenseAdvancedResearchProjectsAgency)、維吉尼亞無線通信技術(shù)中心、英系統(tǒng)研究中中心、荷蘭研究。國內(nèi)究狀況，國2、認知網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)知并分析特定區(qū)域的頻段，找出適合通信的“頻譜空存在低功率的干擾；白空：僅存在環(huán)境噪聲量，包括熱噪聲、瞬時反射、脈沖黑空(或灰空)和白空之間的轉(zhuǎn)變進行監(jiān)測。譜檢測即對所觀察的頻段進行干擾溫度的估內(nèi)的干擾功率譜密度，它的設(shè)定是用來量化和管對經(jīng)過譜估計得到的干擾溫度，可以給出干擾溫干擾溫度估計時，為了能夠更好地感知待測區(qū)域法中引入了空間的概念，通常會用大量的傳感器號的接收。這些傳感器可以是指專門設(shè)置的接收統(tǒng)的各個無線用戶終端。通過這些傳感器進行無信號在空間上的不同和差異。針對來自多個傳感經(jīng)過恰當?shù)念l譜分析算法，即可得到對應(yīng)于特定幾個時段內(nèi)均小于門限要求，即可認為出現(xiàn)了“頻譜空傳輸方式，該調(diào)制方式可以通過頻率的組合或裁剪實現(xiàn)頻譜資源的充分利，可以靈活控制和分配頻譜、時間、功率、空間等資源，自適應(yīng)頻譜資源分無線電具有感知無線環(huán)境的能力。通過對干擾溫度的測量，可以確通過子載波(子帶)的分配，將一些不規(guī)律和不連續(xù)的頻譜資術(shù)功率控制的完備性和收斂性，既要不造成干擾又要使認知無線電有較好的間距離、衰落)做出判斷，同時還需要計算出可分配的功率大小。無線電資源的合理分配和充分利用。為了尋求保證服務(wù)質(zhì)量和最大通過率最佳工作狀態(tài)，需綜合應(yīng)用動態(tài)子載波分配技術(shù)、自適應(yīng)子載波的功率分術(shù)、自適應(yīng)調(diào)制解調(diào)技術(shù)以及自適應(yīng)編碼技術(shù)等一系列自適應(yīng)技術(shù)，形成的自適應(yīng)算法。根據(jù)子載波的干擾溫度，通過自適應(yīng)地調(diào)整通信終端的工數(shù)，從而達到最佳工作狀態(tài)。設(shè)計合理的自適應(yīng)傳輸技術(shù)可以大幅提高頻知無線電下的頻譜管理用戶在非授權(quán)狀況下使用頻率，必將引起無線門的注意，并且必定會力求將這種對頻率的使用納入其管理之下。從方法是改變頻譜管理思想和頻譜管理規(guī)則，使其適應(yīng)用戶的需求和技者提出對頻譜劃分的新設(shè)想：依照頻譜應(yīng)用狀況以及干擾的影響，)、無限制的非授權(quán)使用。在現(xiàn)階段，絕大多數(shù)頻譜為第一等該使第一等級頻譜所占的范圍縮小，第二和第三等級頻譜所占的范圍擴3、認知無線電的標準化認認知無線電技術(shù)被視為解決當前頻譜資源利用率低的有效方案。各標準化組織和行業(yè)聯(lián)盟紛紛展開對認知無線電技術(shù)的研究，并著手制定認知無線電的的機構(gòu)主要有美國電氣電子工程師協(xié)會(IEEE)、國際電信聯(lián)盟(ITU)、軟件無線電論壇(SDRForum)和美國國防部高級研究計劃署(DARPA)等。表1中P00)。其中，是采用認知無線電技術(shù)為基礎(chǔ)的空中接口標準，IEEESCC41的接入等技術(shù)都屬于認知無線電的范疇。因已經(jīng)完成的標準化有：(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)。4、認知無線電的應(yīng)用場景(1)在WRAN中的應(yīng)用使用需要無線許可的是使用認知無線電技術(shù)將分配給電視廣播的VHF/UHF頻帶(北美為54~862MHz)的頻率用作寬帶訪問線路，將空閑頻道有效地利用起來。標準工9月完成了對WRAN的功能需求和信道模型文檔，2006年開始對各個公司提交的提案進行審議和合并，并于2006年3月形成了最終的合并提案作為(2)在UWB中的應(yīng)用UWBImpulseRadar行安全通信中的精確定位和成像。至20世紀90年代UWB，之后UWB技術(shù)開始應(yīng)用于民用領(lǐng)域。UWB由，技術(shù)，而且是未來多媒體寬帶無線通信中最夠感知周圍頻譜環(huán)境的特性，通過動態(tài)的頻段，潛在地證高優(yōu)先級的授權(quán)主用戶對頻段的優(yōu)先使(3)在Ad-hoc中的應(yīng)用Adhoc無線電技術(shù)能夠?qū)崟r地收集信息并且自動選擇波形，并向各方通知尚未使用的頻率信功耗多跳Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)，能夠滿足分布式認知用戶之間的通信需MAC協(xié)議。(4)在WLAN中的應(yīng)用N公已經(jīng)成為很多人生活方式的一部分。隨著無線局域網(wǎng)的普及，信道，這正是解決WLAN頻段擁擠問于WLAN而言更具有吸引力。而且無線局域網(wǎng)更有利于認知無(5)在Mesh網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是近幾年出現(xiàn)的具有一種無線多跳(Multiho)p的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在Mesh網(wǎng)絡(luò)中，每個節(jié)點可以和一個或者多個對等節(jié)點直接通信；同時也能模擬近節(jié)點之間的低功率傳輸取代了遠距離節(jié)點間的大功率傳輸，實現(xiàn)了低成本的有節(jié)點之間是相互協(xié)作的，如果Mesh網(wǎng)絡(luò)中的一條鏈Mesh務(wù)吞吐量線寬帶接入。認知Mesh網(wǎng)絡(luò)通過中繼方式可以有效地擴展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，當Mesh絡(luò)是由認知接入點和固定中繼點組成時，無線Mesh網(wǎng)加。尤其是在受限于視距傳輸?shù)奈⒉l段，認知Mesh網(wǎng)5、結(jié)語認知無線電的核心思想就是使無線通信設(shè)備具有發(fā)現(xiàn)“頻譜空洞”并合理利的相當關(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。雖然域持續(xù)投入精力進行更深入的研究，要真正實現(xiàn)認知無線電技術(shù)還需解決包括參考文獻頻譜感知技術(shù)[J].吉[2]HaykinS.CognitiveRadio:Brain-Empow