认知无线电整合“闲散”频谱

随着信息社会和无线通信的迅速发展，人们对无线通信业务的需求也在不断增长，频谱资源贫乏的问题日益严重，频谱资源变得越发紧张。从FDMA、TDMA到如今的CDMA、WLAN、UWB技术，频谱资源利用率也逐步提高，随着各种新标准、新协议的不断发布，只要通过系统升级，就能保持技术的先进性，提供高质量的通信服务，软件无线电技术就在这样的背景下诞生了。但是，随着科技的进步，人们逐步发现这种静态的频率分配策略并不能最大化利用有限的频谱资源，认知无线电技术便应运而生。

软件无线电

软件无线电(SWR)指的是在一个开放的公共硬件平台上利用不同可编程的软件方法实现所需要的无线电系统。这种系统在硬件不变的情况下，根据不同的需求通过软件编程来完成不同的功能。近年来，理想的软件无线电逐渐发展为更适应当前技术发展的软件无线电，也就是软件定义的无线电(SDR，SoftwareDefinedRadio)。

软件无线电系统采用模块化，标准化的硬件单元，以总线方式相连接，通过不同的软件来实现灵活多变的通信体制和通信功能。其理想结构如图1所示，但在实际应用中，其实现还是有一定难度的，关键技术主要是宽带智能天线技术、模数转换技术、高速信号处理技术、开放式的总线结构。

认知无线电应运而生

软件无线电的飞速发展带来了部分频段的高效利用，但是在另外一些频段(比如电视频段)频谱资源却在时间和空间上存在不同程度的闲置，加之该类频段已分配给各类零散用户，由软件无线电来实现该频段的高效利用较为困难，如何去利用这些闲置的频率资源呢？为此，业界提出了认知无线电(CR，Cog-nitiveRadio)的概念，它是由JosephMitolo博士在软件无线电概念的基础上于1999年提出的，为利用空闲的频谱资源提供了一种解决方案。

图1 理想的软件无线电结构

认知无线电可以对周围的电磁环境进行扫描监视，确频谱利用状况，找出"频谱空洞"，并根据"频谱空洞"特征选取最佳的工作体制和参数，最终建立起可靠的通信链路。在发射方，通过对周围电磁环境的自主侦察、分析，获得无线信道传输特性，检测周围信号的频谱分布情况，选择最佳频段或最佳信道并主动向接收方发送通信链路建立信号;接收方，则对工作频段内的无线电频谱进行全景搜索，自动截获信号，并对其进行分析识别，一旦信号格式匹配就立即建立起通信链路，实现通信。图2是简单的认知无线电通信流程。它的关键技术主要有：

1.准确的频谱感知技术

频谱感知技术是CR进行通信的基础和前提，频谱感知技术最重要的就是要进行频谱检测，即感知并分析特定区域的频段，利用某些特定的技术和处理，寻找合适的"频谱空洞"，通过分析其时间分布特性、占用带宽、噪声电平等信号特征并反馈至发送端进行频谱管理和功率控制，以此确定通信载频、通信体制、通信参数和发射电平。为了能够更好地感知区域内的无线电信号，通常会设置大量的传感器，针对来自多个传感器测量得到的多组接收信号，经过恰当的算法，即可得到对应于特定空间、时间和频段的估计值，再与设定好的门限值作比较，当小于门限要求时便可认为是"频谱空洞"。

2.动态的频谱资源管理技术

频谱管理的主要目标在于最大化频谱利用率并兼顾共享用户之间的公平性。由于检测到的"空洞"资源带有一定随机性，动态频谱管理可提高无线通信的灵活性，使授权用户和非授权用户之间避免冲突并公平共享频谱。动态的频谱资源管理包括频谱分析、频谱决策、频谱监视、频谱搬移和频谱共享等方面。

作者：江苏泰州市无线电管理办公室　刘浏　窦沛沛   来源：通信产业报