认知无线电中频谱感知与频谱共享技术研究

2020-01-08朱达祥

通信电源技术 2020年6期

朱达祥

（上海市质量监督检查技术研究院，上海 201100）

0 引言

在无线电通信技术应用中，频谱资源利用对于通信效率和质量有重要的影响，所以在现如今的社会环境下，要想进一步的提升无线电通信技术的应用范围和价值，需要在频谱资源利用方面多下功夫。认知无线电技术可以使未经过授权的次级用户主动的寻找无线电环境中的空频谱资源，并且在不干扰主用户的情况下实现空频谱的利用，如此一来，频率资源的利用率会显著的提升[1]。认知无线电技术主要包括了频谱感知、频谱共享等技术，分析研究此类技术并对技术的具体应用做总结，对于无线通信技术的发展和应用有积极的作用。

1 认知无线电、频谱感知及频谱共享概述

在无线通信实践中，要很好地利用认知无线电技术实现无线通信实践水平的提升，必须要了解什么是认知无线电。从掌握的资料来看，认知无线电在具体的利用中也被称之为智能无线电，其是一种能够在网络环境有限的情况下实现频谱资源高效利用的一种技术。就该种技术的频谱资源高效利用来看，其主要是通过感知外界环境并利用人工智能技术实现对环境学习，从而实现实时操作参数改变而完成具体目标的。通过操作参数的改变，如传输功率等的改变，无线电内部系统会更加适应无线信号的变化，所以其可以在任何时间、任何地点进行信号的接收与利用[2]。就此技术的具体应用来看，其在实践中表现出来的突出特征是灵活、智能、可重配置。就现阶段的认知无线电技术分析来看，其核心技术是频谱感知和频率共享。

频谱感知是认知无线电中的核心技术，其具体指的是使用频谱信息的一种方法和手段。从频谱信息的具体使用来看，认知用户可以利用信号检测的方式实现频谱的使用，也可以利用信号处理的方式达到频谱使用的目的。就现阶段的频谱感知技术具体应用来看，其势必会应用到两个无线网络的功能分层，即物理层与链路层。

频谱共享是实现频谱资源的有效利用、拓宽无线电通信技术应用范围的重要手段。对我国目前的无线通信技术发展和应用做分析可知，频谱共享是实践中被重点强调的内容，也是在无线通信体系建设中被重点研究和应用的内容。

2 频谱感知和频谱共享技术的实现

认知无线电中频谱感知和频谱共享技术的具体应用与实现需要做多方面的工作，如下是基于实践总结的实现频谱感知和频谱共享的重要手段和方法。

2.1 频谱感知实现

从认知无线电技术的具体利用分析来看，频谱感知是该技术的核心技术之一，而且频谱感知是频谱共享的重要基础，所以要真正的实现频谱共享，必须要解决频谱感知问题。从目前的实践分析来看，在频谱感知实践中，采用小波变换的双支路频谱感知算法对于完成频谱感知目标有重要的意义。就此种频谱感知算法的具体实施来看，需要明确如下内容。（1）需要对小波的基本理论进行分析。在小波基本理论的分析中，必须要明确小波变换的具体概念和特点，还要明确Lipschitz 指数的具体内容，同时还要对小波变换模极大值和二进小波变化模极大重构信号进行明确，这样小波理论的正确应用效果会更加显著。（2）需要明确基于小波变换的频谱感知算法。在频谱感知算法的确定中，首先要做的是进行系统模型的建设，在模型建设的基础上对算法做具体的描述，这样算法的具体利用会有更为充分的理论指导。（3）进行仿真分析。利用构建的模型做仿真研究，记录仿真结果并对结果进行对比分析，确定具体的性能差异，这样可以更好的确定频谱感知的具体方法。

2.2 频谱共享实现

频谱共享是认知无线电技术中的另外一项核心技术，对于无线通信的最终结果有显著的影响。从目前的分析研究来看，在频谱感知的基础上要实现频谱的共享，需要强调如下4 个方面的内容。

第一，需要重视网络架构与接口的建设。出于频谱共享的目的，在网络架构实践中，可以将集中式架构作为主体，同时结合分布式架构，并在架构中设计新增节点的接口和共享节点之间的接口，这样网路架构的科学性会明显的提升[3-6]。此外，在现有的共享节点之上进行高级频谱管理节点的增加，这样可以实现共享资源池的管理，同时还可以对共享节点的需求申请以及频谱的分配决策等进行管理。为了使得架构在运行中表现出更加优越的性能，可以对共享节点进行测量和需求的统计，并对频谱的分配结果进行接收，这样节点内的资源重配置执行效果会更好。就网络架构和接口的具体建设来看，其中会利用到数据库技术，具体的如频谱地图生成与管理、信道分配等，对技术的具体利用做强调，整个网络架构与接口建设的实际效果会显著加强。

第二，需要强调高层技术的利用。在频谱共享的实现中，高层技术的利用可以解决诸多问题，如频谱共享所导致的资源动态化和多优先级网络共存问题等。在考虑系统架构差异的基础上对频谱资源进行分析与管理，保证节点间的频谱最优和公平协商，基于预测和代价分析等的频谱切换、接入控制、跨层设计等，并分析对现有的网络接入、业务流管理、移动性等流程的影响。

第三，物理层技术。在频谱共享的实现中，物理层技术的具体利用也发挥着重要的作用，所以需要强调物理层技术的分析与研究。从目前的分析来看，深入研究物理层技术，可以通过频谱检测等方式获得频谱使用状况，进而实现测量与反馈机制、信道和参考信号等的设计，如此一来，实现结果上报和频谱资源的配置与使用效果会更加的突出。

第四，射频技术。对于射频技术，在多模多频芯片成为市场主流的情况下，分析面向未来的支持频谱共享技术的新型射频，能够支持更广的频率范围，在多通道同时工作时有效处理互干扰，能支持灵活带宽的射频，支持在相同频谱中接入不同系统时的灵活调制，以及通过多路检测或压缩感知等方式的宽频谱检测等功能，寻求射频参考结构与参数。