認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展

錢小森天津市濱海新區(qū)塘沽漁業(yè)電臺(tái)，天津　300450

?

認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展

錢小森
天津市濱海新區(qū)塘沽漁業(yè)電臺(tái)，天津300450

摘要在現(xiàn)今社會(huì)發(fā)展中，無(wú)線電已經(jīng)成為了一項(xiàng)非常重要的技術(shù)而應(yīng)用在社會(huì)的各個(gè)層面。在本文中，將就認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展進(jìn)行一定的研究。

關(guān)鍵詞認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)；國(guó)內(nèi)外發(fā)展

認(rèn)知無(wú)線電是一種智能頻譜共享技術(shù)，通過(guò)智能學(xué)習(xí)以及對(duì)頻譜環(huán)境的感知對(duì)傳輸參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整，能夠?qū)︻l譜的利用率進(jìn)行顯著的提升。通過(guò)對(duì)其發(fā)展情況的研究，對(duì)于我們對(duì)該技術(shù)的把握與應(yīng)用都具有十分積極的意義。

1　無(wú)線電技術(shù)發(fā)展

在早期，無(wú)線電技術(shù)為動(dòng)態(tài)的特征，僅僅能夠在制定的頻段上實(shí)現(xiàn)通信工作，并對(duì)專用的信道協(xié)議以及調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行應(yīng)用。為了能夠?qū)Χ喾N通信標(biāo)準(zhǔn)共存的目標(biāo)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，可編程軟件的自適應(yīng)技術(shù)得到了研究，并能夠在有限的頻段中實(shí)現(xiàn)切換。對(duì)于該技術(shù)來(lái)說(shuō)，具有著較為靈活的特征，但在智能性方面則存在著一定的不足。近年來(lái)，為了對(duì)無(wú)線頻譜資源緊張的問(wèn)題進(jìn)行較好的解決，很多先進(jìn)的通信技術(shù)以及理論也得到了研發(fā)，如多天線技術(shù)以及鏈路自適應(yīng)技術(shù)等。對(duì)于這部分技術(shù)來(lái)說(shuō)，其雖然能夠?qū)︻l譜效率進(jìn)行有效的提升，但在實(shí)際應(yīng)用中還是存在著受限于仙農(nóng)理論的情況。

而隨著技術(shù)的發(fā)展，人們想到，如果系統(tǒng)能夠?qū)ζ渌幍念l譜環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)的感知，并通過(guò)智能學(xué)習(xí)方式的應(yīng)用對(duì)編碼、帶寬以及調(diào)制等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，則能夠在對(duì)多維空間頻譜接入進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的同時(shí)有效的對(duì)頻譜利用率進(jìn)行提升。在該種理念的指引下，認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)具有了最初的設(shè)想。

對(duì)于認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)而言，其在具體演進(jìn)過(guò)程中具有的認(rèn)識(shí)情況較多。1999年，Mitola對(duì)認(rèn)知無(wú)線電的概念進(jìn)行了提出。其認(rèn)為，認(rèn)知無(wú)線電能夠使SDR從預(yù)制程序的盲目執(zhí)行者轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄艽?，可以說(shuō)是認(rèn)知無(wú)線電實(shí)現(xiàn)的理想平臺(tái)。功能方面，其則能夠通過(guò)無(wú)線電描述語(yǔ)言的應(yīng)用，通過(guò)推理方式的應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)交流功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，可以說(shuō)是無(wú)線電“黑盒”的一種智能化認(rèn)知。時(shí)間來(lái)到了2004年，Rieser則指出了，該技術(shù)在應(yīng)用中并不一定需要具有SDR的支撐，其在遺傳算法的基礎(chǔ)上對(duì)啟發(fā)認(rèn)知模型進(jìn)行提出，能夠更好的對(duì)可快速部署的通信系統(tǒng)相適應(yīng)。在該模型中，則能夠?qū)鹘y(tǒng)無(wú)線電的MAC以及物理層進(jìn)行建模，包括進(jìn)行無(wú)線信道遺傳算法、自適應(yīng)無(wú)線系統(tǒng)遺傳算法與自己堅(jiān)挺無(wú)線環(huán)境當(dāng)中，能夠通過(guò)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)視確定如何對(duì)無(wú)線電認(rèn)知系統(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)。

就目前來(lái)說(shuō)，無(wú)線電思想已經(jīng)在很多無(wú)線通信的領(lǐng)域當(dāng)中得到了應(yīng)用，如在5GHz頻段的IEEE·802.11a，則對(duì)TPC以及DFS機(jī)制進(jìn)行了應(yīng)用，以此有效的避免了同雷達(dá)信號(hào)間的干擾。而在高速情況下接入的EVDO以及HSDPA認(rèn)知調(diào)制，則需要通過(guò)對(duì)用戶需要服務(wù)的確認(rèn)對(duì)用戶工作的最佳環(huán)境進(jìn)行識(shí)別，并在此基礎(chǔ)上對(duì)更為有效的數(shù)據(jù)速率以及調(diào)制方案進(jìn)行設(shè)定，以此對(duì)用戶的QoS需求進(jìn)行滿足。對(duì)于這部分技術(shù)來(lái)說(shuō)，其僅僅是認(rèn)知無(wú)線電功能中非常小的一部分，能夠按照漸進(jìn)方式擴(kuò)展到無(wú)線電全部性能。

同其余頻譜共享技術(shù)如ISM開放接入以及UWB等相比，認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)能夠通過(guò)交叉共享方式的應(yīng)用在主用戶沒(méi)有對(duì)頻譜進(jìn)行應(yīng)用的情況下尋找機(jī)會(huì)對(duì)該頻譜進(jìn)行應(yīng)用，并因此使其具有了更高的發(fā)送功率，非常適合應(yīng)用在長(zhǎng)距離通信工作當(dāng)中。同ISM技術(shù)較為類似，但I(xiàn)SM技術(shù)僅僅對(duì)5G以及2.4G等頻段提供支持，且為了避免在系統(tǒng)中存在干擾而對(duì)設(shè)備的最大發(fā)送功率進(jìn)行了限制，并因此使設(shè)備在不存在頻譜爭(zhēng)用的情況下依然不能夠?qū)β蔬M(jìn)行增加。同其相比，認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)則更具優(yōu)勢(shì)。

2　認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)特征

2.1物理層技術(shù)

2.1.1頻譜偵聽

認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)在應(yīng)用中，能夠?qū)︻l譜進(jìn)行連續(xù)的偵聽，以此對(duì)沒(méi)有占用的頻譜進(jìn)行及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，在不對(duì)主用戶造成干擾的情況下對(duì)用戶的再次出現(xiàn)進(jìn)行快速的檢測(cè)，以此便于為用戶騰出相應(yīng)的帶寬。要想對(duì)該功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，就需要對(duì)一種新的功能-頻譜偵聽技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用，能夠獲得非常高的檢測(cè)率。而受到檢測(cè)能力的限制以及陰影衰落以及多徑情況的影響，為了能夠更為準(zhǔn)確的對(duì)用戶不同的接收功率進(jìn)行檢測(cè)，該技術(shù)在帶寬頻率捷變以及前端靈敏度方面具有著更高的要求。在早期，其對(duì)周期平穩(wěn)過(guò)程以及導(dǎo)頻信號(hào)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，并不能夠?qū)︻l譜檢測(cè)的可靠性進(jìn)行滿足。而就目前來(lái)說(shuō)，則可以通過(guò)DF、AF以及CF協(xié)議的應(yīng)用對(duì)其頻譜偵聽能力進(jìn)行提升。

2.1.2 動(dòng)態(tài)頻譜分析

在現(xiàn)今的頻譜研究中，歐洲地區(qū)的很多項(xiàng)目已經(jīng)對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)頻譜分配算法進(jìn)行了研究，而對(duì)于認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，用戶在可用信道、位置以及數(shù)量方面的需求具有著變化的特征，并因此使這部分技術(shù)存在著不完全適用的情況。考慮到目前動(dòng)態(tài)頻譜分配在標(biāo)準(zhǔn)、政策以及接入?yún)f(xié)議等方面的限制，基于頻譜統(tǒng)籌策略是現(xiàn)今應(yīng)用較多的頻譜共享技術(shù)，在該技術(shù)中，其思想即首先將不同業(yè)務(wù)的頻譜合并成一個(gè)公共的頻譜池，之后再將其劃分為不同的信道。沒(méi)有得到授權(quán)的用戶，則可以對(duì)這部分空閑的信道進(jìn)行臨時(shí)的占用。對(duì)于該策略來(lái)說(shuō)，對(duì)信道應(yīng)用的公平性以及利用率進(jìn)行了充分的考慮，可以說(shuō)是一個(gè)受限信道的分配問(wèn)題。

2.2MAC協(xié)議

為了能夠?qū)Ψ植际接脩糁g的通信進(jìn)行滿足，則需要通過(guò)公共控制信道的增加對(duì)信令信息的傳輸進(jìn)行增加，并保證MAC協(xié)議在設(shè)計(jì)階段能夠?qū)μ囟ǖ目刂菩诺佬枨筮M(jìn)行考慮。而根據(jù)用戶以及網(wǎng)絡(luò)在需求方面存在的差異，無(wú)線電在MAC協(xié)議設(shè)計(jì)方面也存在著一定的差異。在集中式基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中，MAC層需要具有更高的自適應(yīng)性以及靈活性，以此能夠更為快速的響應(yīng)無(wú)線電環(huán)境變化，而也為MAC對(duì)具有共享頻段功能的執(zhí)行提出了全新的挑戰(zhàn)。在初始化過(guò)程中，用戶預(yù)訂設(shè)備無(wú)預(yù)分配信道對(duì)基站進(jìn)行搜索，為了提升性能，其甚至將多個(gè)空閑信道通過(guò)信道捆綁技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行捆綁，以此使BS到CPE在同步方面存在較多的困難，而對(duì)于該問(wèn)題來(lái)說(shuō)，其在無(wú)線MAC方面卻并沒(méi)有涉及，在實(shí)際對(duì)頻譜進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，并不需要通過(guò)BS對(duì)CPE相同檢測(cè)進(jìn)行控制，而可以通過(guò)合并算法的應(yīng)用將檢測(cè)負(fù)載分布到不同的CPE當(dāng)中，并在檢測(cè)完成之后，由CPE對(duì)檢測(cè)到的值進(jìn)行返回，以此使其能夠?qū)φ麄€(gè)小區(qū)的頻譜占用圖進(jìn)行獲得。

2.3網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議

由于認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)能夠根據(jù)環(huán)境的變化對(duì)頻率進(jìn)行動(dòng)態(tài)的選擇，對(duì)此，傳統(tǒng)路由擁塞以及跳數(shù)等已經(jīng)不能夠作為其應(yīng)用依據(jù)，即網(wǎng)絡(luò)需要對(duì)新的路由指標(biāo)進(jìn)行引入，如信道切換頻率以及信道切換數(shù)等。就目前的認(rèn)知無(wú)線電領(lǐng)域中，如何能夠?qū)⒙酚赏l譜的選擇進(jìn)行聯(lián)合、以此更為有效的對(duì)頻譜進(jìn)行應(yīng)用可以說(shuō)是研究工作的一項(xiàng)重點(diǎn)，而在部分具有較快網(wǎng)絡(luò)變化特征的無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中，多種業(yè)務(wù)在QoS方面的需求也具有著較快的變化。對(duì)此，在未來(lái)工作中，就需要做好次優(yōu)化路由協(xié)議的研究，以此對(duì)長(zhǎng)期的網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化作出保證。

3　結(jié)論

認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)是現(xiàn)今非常熱門的無(wú)線技術(shù)類型。就目前來(lái)說(shuō)，認(rèn)知無(wú)線技術(shù)還具有著較大的發(fā)展?jié)摿?，需要能夠從鏈路維護(hù)、定價(jià)策略以及系統(tǒng)安全等方面進(jìn)行深入的研究。

參考文獻(xiàn)

［1］馬龍.芻議煤礦通信中對(duì)認(rèn)知無(wú)線電關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用［J］.信息通信，2014（1）：77-79.

［2］武秀廣，宋旭，任培明.認(rèn)知無(wú)線電關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用［J］.數(shù)字通信世界，2014（2）：104-106.

［3］沈濤.認(rèn)知無(wú)線電通信和組網(wǎng)——原理與實(shí)踐［J］.通信對(duì)抗，2014（1）：44-46.

［4］宋健.認(rèn)知無(wú)線電關(guān)鍵技術(shù)在通信中的應(yīng)用［J］.科技風(fēng)，2013（22）：33-35.

中圖分類號(hào)TN99

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1674-6708（2016）165-0119-02

作者簡(jiǎn)介：錢小森，助理工程師，研究方向?yàn)闊o(wú)線電通信。