叶登门克

（作者单位：新疆广电局）



认知无线电关键技术及应用

叶登门克

（作者单位：新疆广电局）

摘 要：认知无线电技术有效解决了频谱资源匮乏的问题，成为近年来研究的热点之一。本文介绍了认知无线电的定义和三项关键技术，并分析了该技术在民用和军事等领域的应用情况。

关键词：认知无线电；无线频谱；自适应传输；跨层设计；应用领域

1 认知无线电的定义

“认知无线电（Cognitive Radio）”的概念最初是由John Mitola博士在1999年提出的，他指出，认知无线电设备具有足够的认知能力，能对无线通信环境的变化做出感应，然后在此基础上调整其参数，从而满足传输方面的要求。因此，认知无线电具有智能化和灵活性的特点。

2 认知无线电关键技术

2.1 无线频谱感知技术

频谱检测包括不同的方法，以检测策略为标准可分为MAC层检测、物理层检测和多用户协作检测三种方式。MAC层检测主要针对的是两个问题：其一，在多信道的情况下如何提高频谱利用率或者吞吐量；其二，如何在检测周期的优化和对信道的检测次序的基础上，实现信道平均搜索的最短用时，或者实现可用空闲信道数量的最大化。物理层检测的目的是判断一个授权频段是否被占用，判断的标准主要是在时域、空域和频域三个方面，检测该频段是否存在授权用户的信号。多用户协作检测则结合了前两者的检测技术，在要求各个用户自身的物理层检测技术性能更高的同时，还要求MAC层具有高效的协调机制。

2.2 自适应传输技术

自适应传输技术包括两类，二者分别基于业务和信道质量。前者主要以满足多业务传输不同的QoS需求为目的，实现的路径是在上层，目前应用这种技术的领域包括有线网络的搭建。通过感知的信道和环境参数，认知无线电可以预判结果，使用技术手段使无线电参数变得更加优化，既能满足用户的性能水平，又能使功率消耗和带宽这类被消耗的资源程度最小化。

2.3 跨层设计技术

在目前的技术条件下，频谱资源和功率资源都是有限的，但现在对二者的利用并不充分和有效。主要因为目前的分层协议栈在设计时，仅仅考虑了最差的通信条件这一种背景。跨层设计可以有效地改善这一现状，它可以在现有的分层协议栈的各层之间引入，并且传递特定的信息，达到协调各层之间的运行、适应复杂环境的效果，最终使用户在各种新业务应用方面的个性化需求得到满足。

3 认知无线电的应用领域

3.1 蜂窝移动网应用

在异构无线环境中，无线接入网络有多个种类，由不同的运营商运行，运行的频段不尽相同。认知无线电技术，可以使终端能选择不同的运营商和不同的无线接入网络，认知无线电是实现蜂窝移动网多样性的有效技术。在实现多样性的同时，还需要保证网络的稳定性，随着无线环境的变化和终端的移动，可以通过快速切换适合的无线网络保障其稳定性。

3.2 军事通信应用

3.2.1 频谱管理

现代战争环境变化迅速，这就要求战场上的通信频谱管理必须具备动态性、集中性与分布性相结合的特点，换言之，无线电信号感知功能需要加之于每一部电台上面。同时，军事中的频谱管理也要求通信网络中的通信节点和感知节点的数量足够多，军用认知无线电可以使同一部电台同时具有侦察和通信的功能，从而实现频谱管理的需求。

3.2.2 抗干扰通信

在军事通信领域中，抗干扰能力是非常重要的一个方面，它往往直接关系到信息的传输，如何提升电台的抗干扰能力就成了重中之重，而军用认知无线电台在这方面可以起到显著的作用。如何选择适当的抗干扰通信方法的基础或标准就是通信业务的需求、频谱感知和干扰信号的特征，比如考虑使用在安静频率上突发通信的方法进行短报文通信。

3.3 高速铁路移动通信应用

高速列车在固定的轨道上运行时，它的位置、方向和周围的无线环境参数具有很强的规律性，有利于充分利用先验知识和既有案例的经验。使用铁路专用的无线环境图，提供无线环境的多维参数，通过认知无线网关来支持不同的无线设备。认知无线网关通过相似函数评估与以往既有案例的相似性，从无线环境图中找到最匹配的场景，从而获得无线信道参数以及系统参数设置。

4 结语

认知无线电技术因其具有智能化和灵活性的特点，成为近年来无线通信领域的研究热点之一。除了本文所概述的蜂窝移动网、军事通信、高速铁路通信领域外，该技术还在智能电网、医疗体域网、农村网络通信等领域有着广阔的应用前景。因此，认知无线电技术十分值得相关科研工作者进一步深入研究。

参考文献：

[1]赵陆文,周志杰,缪志敏,等.浅析认知无线电在军事通信中的应用[J].无线通信技术,2007(4).

[2]程世伦,杨震.一种新型认知无线电资源分配跨层技术[J].南京邮电大学学报（自然科学版）,2008(2).

[3]赵友平,谭焜.认知软件无线电系统——原理与基于Sora的实验[M].清华大学出版社,2014.

[4]毛小矛,余官定，仇佩亮.认知无线电中的用户合作通信[J].浙江大学学报(工学版)，2009(1).

作者简介：叶登门克（1982-），男，新疆博乐人，本科，助理工程师。研究方向：广播发射与传输。