認知無線電下的電磁頻譜管理探討

摘要：現(xiàn)有的靜態(tài)電磁頻譜管理模式已經(jīng)無法適應無線技術和無線服務的飛速發(fā)展，而且導致了已分配頻譜使用率不高，頻譜管理模式亟待改革。而認知無線電技術可以感知周圍無線頻譜環(huán)境，并且改變操作參數(shù)以更好地使用感知到的可用頻譜。這種思想給未來的頻譜管理帶來了希望，基于認知無線電技術的頻譜管理模式成為頻譜管理部門的研究熱點。本文也提出了對基于認知無線電的頻譜管理模式的一些研究和看法。

關鍵詞：無線服務；無線技術；頻譜管理模式

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 15-0000-02

1 前言

本文嘗試從認知無線電的角度思考未來頻譜管理的趨勢，行文結構如下，第二部分簡單介紹國內外關于動態(tài)頻譜管理和認知無線電的研究發(fā)展現(xiàn)狀；第三部分討論認知無線電的相關知識；第四部分討論動態(tài)頻譜管理的拓撲框架；第四部分是關于動態(tài)頻譜管理的網(wǎng)絡構架及關鍵技術的探討；第六部分是結束語，為進一步的研究指明方向。

2 國內外發(fā)展現(xiàn)狀

信息化條件下的戰(zhàn)爭將是陸、海、空、天及電磁的聯(lián)合作戰(zhàn)，戰(zhàn)場將時刻處在廣闊的電磁環(huán)境之中，無線電已成為影響戰(zhàn)爭成敗的重要的戰(zhàn)略、戰(zhàn)術資源和重要力量，電磁頻譜資源不足將成為制約軍隊總體作戰(zhàn)效能的重要因素。

2.1 美國頻譜發(fā)展現(xiàn)狀

美軍電磁頻譜管理起步較早，他們率先制定和發(fā)布了一系列管理政策和計劃，并建立了完善的管理體系，不斷深入研究和積極探索認知領域的管理制度，為美軍取得電磁優(yōu)勢提供了強有力的保障。

2004年，美國出臺了《電磁頻譜管理和使用政策》，新修訂了頻譜管理和使用方面的政策，明確了有關負責保護己方頻譜應用和破壞敵方頻譜應用組織的職責，隨后國防部有頒發(fā)了一系列文件。這些法規(guī)制度將頻譜管理定義為操作、設計和管理過程中對電磁頻譜運用的計劃、協(xié)調和管理活動，其目的是使依靠電磁頻譜工作的設備在設定的環(huán)境中工作時不會遭受破壞。

為提高頻譜利用率，美國開發(fā)了多種成熟的技術，這些不斷完善的技術既可以通過限制信號的傳播區(qū)域來增加用戶數(shù)量，還可以使用信號間傳播方式和地點的不同實現(xiàn)同頻率在同一地域的同時使用，以此來達到頻譜復用額效果。當前，美國正在努力將認知無線電引入到電磁頻譜管理的范疇中，并提出了下一代通信項目，該項目將使用人工智能技術從周圍的環(huán)境學習，通過不斷的改變其中的技術參數(shù)，其內部狀態(tài)將適應性的接收到無線電信號的特新變化，以此來達到在任何時間任何地點都能夠實現(xiàn)更高可靠的通信。

2.2 國內頻譜發(fā)展現(xiàn)狀

隨著國外無線電頻譜在戰(zhàn)爭中不斷發(fā)展運用，我國也不斷意識到將來戰(zhàn)爭將是高技術條件下多維一體、立體式的信息化戰(zhàn)爭，如果失去信息的控制權，形成信息的不對稱性，將會嚴重影響到戰(zhàn)斗力和生存力。電磁頻譜管理技術的發(fā)展是我國電磁頻譜管理發(fā)展建設的重中之重，不斷通過完備功能、提高自動化程度來維護好日益復雜的電磁空間中的用頻秩序。

隨著電磁戰(zhàn)場將成為與空間戰(zhàn)場、地面戰(zhàn)場和海洋戰(zhàn)場并存的第四維戰(zhàn)場，我國要從頂層設計入手，制訂未來電磁頻譜管理、裝備使用發(fā)展方面的規(guī)劃，建立起完善的管理機制、法規(guī)體系和一支較強的電磁頻譜管理力量。這樣，我國才能具備在未來戰(zhàn)場密集信號環(huán)境下動態(tài)監(jiān)視、科學管理和有效控制電磁頻譜的能力，才能有效運用電磁頻譜，才能實現(xiàn)和保持電磁優(yōu)勢。

3 動態(tài)頻譜管理框架研究

認知能力是指電臺可以從其工作的電磁頻譜環(huán)境中感知信息。這種能力管理可以通過觀測感興趣的頻段上的能量來簡單地實現(xiàn)。但是如果要感知電磁頻譜環(huán)境在時間和空間上的變化，并且要避免對其他用戶（主要指授權用戶）的干擾，就需要比較復雜的感知技術。通過認知能力，在特定時間和特定地域的沒有使用的頻譜信息就會被感知出來。同時，可以提供最好的頻譜段并且電臺可以根據(jù)該頻譜段來選擇最佳的操作參數(shù)以達到最好的工作性能。

基于這種要求，動態(tài)頻譜管理應運而生，它是依賴于認知無線電對周邊電磁頻譜環(huán)境的感知能力，但僅僅具有這種認知能力還不夠，這還需要有一整套的相關功能，即需要一種完全合適的結構來組合這些功能和技術。為了實現(xiàn)認知用戶之間的互通、認知用戶與授權用戶之間的互通，以及不影響已存在的授權網(wǎng)絡的使用。要實現(xiàn)這些互聯(lián)互通，勢必就需要網(wǎng)絡的形式來部署整個通信網(wǎng)，進而實施動態(tài)的頻譜資源管理。

具體地說，動態(tài)頻譜管理需要做到，一是確定哪些頻譜可用，且在授權頻段上檢測授權用戶的出現(xiàn)；二是選擇最佳的頻譜段或信道，這是動態(tài)頻譜管理的關鍵；三是與其他的認知用戶協(xié)作接入可用的信道；四是在授權頻段內，當檢測到授權用戶時，認知用戶要轉移到另外的頻譜段或信道上。這四種要求到動態(tài)頻譜管理網(wǎng)絡所需具有的四種功能上：

4 結束語

認知無線電概念的提出，解決了無線電頻譜資源不足的現(xiàn)狀，為實現(xiàn)頻譜的動態(tài)管理及提高利用率提供了較強的技術支撐。該技術正得到越來越多國家的高度重視，很多機構也正在進行深入的研究，相信將來認知無線電技術會更加炙手可熱，并且會成為下一波具有較強沖擊性的技術革新浪潮。

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