認知無線電技術論文

　　認知無線電技術是解決目前頻譜利用率低的重要技術，下面是小編為大家整理的，希望你們喜歡。

　　篇一

　　認知無線電技術研究

　　【摘 要】認知無線電技術是解決目前頻譜利用率低的重要技術，它允許認知無線電使用者使用當前未使用的頻段進行通訊。本文首先簡要介紹認知無線電技術的有關概念，然後分析了認知無線電應該具備的一些主要功能，最後對認知無線電的一些關鍵技術如頻譜檢測、頻譜分配、功率控制等進行分析。

　　【關鍵詞】認知無線電 頻譜檢測 頻譜分配 功率控制

　　一、認知無線電的定義

　　認知無線電的概念最初是由Joseph Mitola Ⅲ博士基於軟體無線電技術提出的。但是認知無線電技術發展到現在，其研究和應用都不再侷限於最初的範疇，不同的研究者從不同的角度對認知無線電給出了其定義和內涵。根據認知無線電技術的發展，我們可以得出認知無線電的一個比較清晰的概念：認知無線電是一種智慧無線通訊系統，它能夠自動地檢測周圍的環境狀況，從中獲取資訊，並智慧地調整系統的引數***如傳輸功率、載頻、調製方式等***以適應環境的變化，從而達到在不對主使用者造成干擾的條件下從空間、頻率、時間等多維地利用空閒頻譜資源進行通訊的目的。

　　二、認知無線電的主要功能

　　***一***檢測

　　由特殊應用環境所決定，認知無線電必須具備精確的無線頻譜檢測能力，必須在可使用的全頻段範圍內多維度進行頻譜檢測，從而發現可使用的頻段。由於是免許可使用，認知無線電必須具備迅速發現主使用者的能力，在工作過程中時刻檢測主使用者是否處於活動狀態， 從而確保不對其產生干擾。

　　***二***分析

　　認知分析包括對自身效能、網路內部狀態、外部相關資料***包括頻譜使用、策略使用等***和使用者自身需求等相關知識的分析。如果說檢測是資訊的獲取，那麼分析就是對相關資訊的初步處理。認知無線電裝置通過所獲取的頻譜檢測結果分析主使用者的位置、使用的頻點和發射時間，同時分析可用頻點位置、可用頻寬、通道狀況、自身傳輸可能會對其他使用者產生的影響以及完成業務傳輸所需的頻寬和時間等等。

　　***三***調整

　　調整能力是完成傳輸的關鍵，根據檢測和分析的相關結果，認知無線電裝置通過先進的功率控制技術、不同的編解碼以及調製技術，選擇合適的頻點和發射時機，從而成功地完成傳輸。這就要求認知無線電裝置能夠在較寬的頻段內實現不同傳輸方案之間的切換，並且在突發事件發生後能夠及時暫停或恢復傳輸，確保在不干擾首要使用者的情況下獲取最大限度的傳輸能力。

　　***四***推理和學習

　　由於當前無線頻譜環境的複雜性，簡單的檢測、推理和分析可能無法獲得較好的傳輸效能。如何根據無線背景環境的相關資料進行分析預測是一個非常重要的課題。根據歷史資料進行推理，獲得一定的參考資訊，在此基礎上進行調整是一個較好的解決方案。一般來講，這種推理和學習分為三種：第一種是基於簡單固定規則，即輸人、輸出可以預測;第二種是基於較為複雜的模型，運用一些模糊規則，輸出結果不可完全預測;第三種是基於學習型的模型，系統執行過程中能夠不斷調整模型及其引數，從而獲得較好的預測結果。

　　三、認知無線電的關鍵技術

　　***一***頻譜檢測

　　實現認知無線電通訊的前提和先決條件是對周圍頻譜環境的感知，只有對頻譜進行準確檢測，才能有效利用空閒頻譜進行通訊。當前，無線環境檢測的基本方法大致可以分為基於發射機的檢測、基於接收機的檢測和多節點協同檢測三種。其中，發射機檢測是分析偵聽到的訊號中是否存在主使用者訊號，而接收機檢測是判斷主使用者接收機是否處於工作狀態。相比較而言，發射機檢測比接收機檢測要容易，因而目前絕大多數的研究都是集中在發射機檢測。另外，通過多節點協同檢測，能夠提高檢測的可靠性，減小多徑、陰影的影響，但不可避免的會增加系統通訊開銷與複雜性。頻譜檢測一般由物理層完成，物理層檢測所有可用自由度***時間、頻率、空間等***的頻譜，以辨識當前可用於傳輸資料的通道。

　　***二***頻譜分配

　　頻譜分配是指根據需要接入系統的節點數目及其服務要求將頻譜分配給一個或多個指定節點。頻譜分配策略的選擇直接決定系統容量、頻譜利用率以及能否滿足使用者因不同業務而不斷變化的需求。因此，頻譜分配問題的研究是認知無線電技術發展必須解決的關鍵問題之一。

　　認知無線電的頻譜分配與其它通訊系統的頻譜分配具有很多共同的特性，但由於認知無線電自身擇機借用主使用者頻譜的特點，其頻譜分配也必須滿足一些特殊的要求。認知無線電系統的頻譜分配必須考慮三方面的問題：一是認知無線電使用者對主使用者的干擾問題，二是認知無線電使用者之間的干擾問題，三是認知無線電系統的效益和使用者間的公平性問題。

　　自認知無線電概念的提出直至發展到今天，不少學者為認知無線電中的頻譜分配問題提出了分析模型，它們大多是借鑑於一些經典的數學理論以及微觀經濟學理論等。目前，可應用於認知無線電的頻譜分配分析的模型主要有：圖論著色模型、干擾溫度模型、拍賣競價模型、博弈論模型等幾種。

　　***三***功率控制

　　認知無線電中可利用已授權頻譜資源的前提是不影響授權使用者的正常通訊。為此，具有認知功能的非授權使用者必須控制其發射功率，避免給其他授權使用者造成干擾。目前，實現功率控制主要有兩種方法。一種是基於資訊理論的反覆注水法，使用該方法會使傳送端在增益較多的子通道上分配更多的能量，而在衰減比較厲害的子通道上分配較少的能量，甚至不分配能量，從而在整體上充分利用現有資源，達到最大傳輸容量。另一種就是博弈論***game theory***，也稱對策論，是研究決策主體行為發生直接相互作用時的決策以及這種決策的均衡問題，它可以劃分為合作博弈和非合作博弈。當不考慮競爭現象時，就是合作博弈，功率控制問題就簡化為一個最優控制理論問題。當用博弈論方法研究每個使用者最大化自己的效用時，功率控制問題被歸結為一個非合作博弈。

　　四、總結

　　認知無線電作為一種新興的頻譜共享技術，目前受到了廣泛關注。本文首先對認知無線電的有關概念進行了介紹，隨後分析了認知無線電的檢測、分析、調整、推理和學習等主要功能，最後對認知無線電的關鍵技術如頻譜檢測、頻譜分配、功率控制等進行了分析。

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