淺析無線智能認知技術(shù)

楊德保

摘 要：文章簡要闡述了無線智能認知技術(shù)的概念、原理及其主要技術(shù)。就當前大數(shù)據(jù)時代無線用戶海量增加與頻譜資源日趨緊張的矛盾，用無線知能認知技術(shù)分析了如何充分提高無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備發(fā)現(xiàn)頻譜空洞和提高頻譜利用的能力。

關(guān)鍵詞：頻譜；頻譜空洞；香農(nóng)信道理論；信道帶帶；信道容量；軟件無線電

1 引言

隨著無線通信技術(shù)的日臻完善，保密、可靠、抗干擾等性能得到了很好的解決，同時無線通信有著有線通信不可比擬的優(yōu)勢，無線通信越來越受人們的青睞。目前無線通信已從個人通信領(lǐng)域進入公司企業(yè)、政府日常辦公系統(tǒng)，如移動辦公、無線視頻會議等信息傳輸系統(tǒng)。隨著無線用戶的海量增加和大數(shù)據(jù)的傳輸需要，對信道容量和帶寬求越來越高。因此頻譜資源變得日益緊張，成為制約無線通信發(fā)展的新瓶頸。根據(jù)香農(nóng)信息論關(guān)于信息道容量公式，信道帶寬和信噪比是一對矛盾的關(guān)系，因此不可能無限地增加帶寬來提高信道容量。為此人們提出采用無線智能認知（簡稱CR）技術(shù)，通過從時間和空間上充分利用現(xiàn)有信道資源，從而可以緩解上述難題。

無線智能認知技術(shù)是一種新的智能無線通信。它以硬件為平臺，軟件為核心，通過掃描周圍環(huán)境的當前信道狀態(tài)，感知當前信道特征和網(wǎng)絡(luò)基本參數(shù)，然后根據(jù)這些狀態(tài)參數(shù)進行自適應(yīng)響應(yīng)。從而可大提高信息資源的利用水平。

2 無線智能認知技術(shù)的概念與特征

2.1 概念

無線智能認知技術(shù)是無線智能通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。其所構(gòu)成的系統(tǒng)具有感知周邊電磁環(huán)境，并具有從中學習和響應(yīng)的能力，如動態(tài)改變信號特征參數(shù)，如發(fā)射功率、調(diào)制參數(shù)和調(diào)制方式等，以便確保隨時、隨地的可靠信息傳輸和對信息資源的高效利用。

2.2 無線智能認知技術(shù)的主要特征是認知能力和重組能力

2.2.1 認知能力

認知能力使CR系統(tǒng)能夠從其所在的周邊環(huán)境中獲得學習信息，從而確定其所在時間和空間中沒有使用的空閉信道資源。這一過程通常如圖1所示。

2.2.2 重組能力

重組能力核心是在不對現(xiàn)有正在工作的信道和用戶產(chǎn)生干擾或中斷前提下，利用系統(tǒng)的空閑傳輸資源提供可靠的通信服務(wù)。一旦該信道被授權(quán)用戶使用，CR將切換到其它空閑頻段通信；或是繼續(xù)使用該頻段，但改變傳輸方案避免對授權(quán)用戶的有害干擾。

3 CR技術(shù)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

智能無線認知系統(tǒng)的突出優(yōu)點是無需專門授權(quán)就可以工作在已授權(quán)用戶的工作頻段上，以實現(xiàn)“閑置”頻譜信道的高效利用。要完成這一目標主要是通過系統(tǒng)學習、檢測、分析、推理和自我調(diào)整等功能來實現(xiàn)。主要包括工作溫度的檢測和設(shè)定、動態(tài)參數(shù)的分配、信號功率調(diào)整等，通用的CR收發(fā)信機結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.1 寬帶射頻前端技術(shù)

為了提高寬帶頻譜感知能力，CR的高頻收發(fā)信機必需工作在寬頻帶范圍內(nèi)的任意信道，如圖3所示。

3.2 頻譜感知技術(shù)

頻譜感知技術(shù)是CR技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)和前提。由于這些方法各有優(yōu)缺點，實際應(yīng)用時通常結(jié)合使用，可以產(chǎn)生良好的效果，如圖4所示。

4 認知無線電的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

當前，認知無線電技術(shù)已經(jīng)得到了學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。很多著名學者和研究機構(gòu)都投入到認知無線電相關(guān)技術(shù)的研究中，啟動了很多針對認知無線電的重要研究項目。

國際電信聯(lián)盟（ITU）已把認知無線電和軟件無線電技術(shù)的相關(guān)研究列入下屆世界無線電通信大會的議題之一。無線電頻率管理部門、無線電技術(shù)研發(fā)機構(gòu)、無線電頻率用戶應(yīng)協(xié)作攻關(guān)，找到無線電技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展之路。

5 結(jié)語

認知無線電的提出，解決了移動用戶海量增長的趨勢與有限頻譜資源之間的矛盾，是未來無線信息傳輸系統(tǒng)的發(fā)展方向。

[參考文獻]

[1]周小飛，張宏綱.認知無線電原理及應(yīng)用[M].北京：北京郵電大學出版社，2007.

[2]李連寶.認知無線電的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].通信技術(shù)，2012（6）.

[3]邱晶.基于認知無線電技術(shù)動態(tài)頻譜接入[J].移動通信，2008（9）.

[4]郭彩麗，張?zhí)炜?認知無線技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展和研究狀態(tài)[J].現(xiàn)代電信科技，2012（6）.