認知無線電中頻譜感知與頻譜共享技術(shù)研究

朱達祥

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢查技術(shù)研究院，上海 201100）

0 引言

在無線電通信技術(shù)應(yīng)用中，頻譜資源利用對于通信效率和質(zhì)量有重要的影響，所以在現(xiàn)如今的社會環(huán)境下，要想進一步的提升無線電通信技術(shù)的應(yīng)用范圍和價值，需要在頻譜資源利用方面多下功夫。認知無線電技術(shù)可以使未經(jīng)過授權(quán)的次級用戶主動的尋找無線電環(huán)境中的空頻譜資源，并且在不干擾主用戶的情況下實現(xiàn)空頻譜的利用，如此一來，頻率資源的利用率會顯著的提升[1]。認知無線電技術(shù)主要包括了頻譜感知、頻譜共享等技術(shù)，分析研究此類技術(shù)并對技術(shù)的具體應(yīng)用做總結(jié)，對于無線通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用有積極的作用。

1 認知無線電、頻譜感知及頻譜共享概述

在無線通信實踐中，要很好地利用認知無線電技術(shù)實現(xiàn)無線通信實踐水平的提升，必須要了解什么是認知無線電。從掌握的資料來看，認知無線電在具體的利用中也被稱之為智能無線電，其是一種能夠在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有限的情況下實現(xiàn)頻譜資源高效利用的一種技術(shù)。就該種技術(shù)的頻譜資源高效利用來看，其主要是通過感知外界環(huán)境并利用人工智能技術(shù)實現(xiàn)對環(huán)境學(xué)習(xí)，從而實現(xiàn)實時操作參數(shù)改變而完成具體目標的。通過操作參數(shù)的改變，如傳輸功率等的改變，無線電內(nèi)部系統(tǒng)會更加適應(yīng)無線信號的變化，所以其可以在任何時間、任何地點進行信號的接收與利用[2]。就此技術(shù)的具體應(yīng)用來看，其在實踐中表現(xiàn)出來的突出特征是靈活、智能、可重配置。就現(xiàn)階段的認知無線電技術(shù)分析來看，其核心技術(shù)是頻譜感知和頻率共享。

頻譜感知是認知無線電中的核心技術(shù)，其具體指的是使用頻譜信息的一種方法和手段。從頻譜信息的具體使用來看，認知用戶可以利用信號檢測的方式實現(xiàn)頻譜的使用，也可以利用信號處理的方式達到頻譜使用的目的。就現(xiàn)階段的頻譜感知技術(shù)具體應(yīng)用來看，其勢必會應(yīng)用到兩個無線網(wǎng)絡(luò)的功能分層，即物理層與鏈路層。

頻譜共享是實現(xiàn)頻譜資源的有效利用、拓寬無線電通信技術(shù)應(yīng)用范圍的重要手段。對我國目前的無線通信技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用做分析可知，頻譜共享是實踐中被重點強調(diào)的內(nèi)容，也是在無線通信體系建設(shè)中被重點研究和應(yīng)用的內(nèi)容。

2 頻譜感知和頻譜共享技術(shù)的實現(xiàn)

認知無線電中頻譜感知和頻譜共享技術(shù)的具體應(yīng)用與實現(xiàn)需要做多方面的工作，如下是基于實踐總結(jié)的實現(xiàn)頻譜感知和頻譜共享的重要手段和方法。

2.1 頻譜感知實現(xiàn)

從認知無線電技術(shù)的具體利用分析來看，頻譜感知是該技術(shù)的核心技術(shù)之一，而且頻譜感知是頻譜共享的重要基礎(chǔ)，所以要真正的實現(xiàn)頻譜共享，必須要解決頻譜感知問題。從目前的實踐分析來看，在頻譜感知實踐中，采用小波變換的雙支路頻譜感知算法對于完成頻譜感知目標有重要的意義。就此種頻譜感知算法的具體實施來看，需要明確如下內(nèi)容。（1）需要對小波的基本理論進行分析。在小波基本理論的分析中，必須要明確小波變換的具體概念和特點，還要明確Lipschitz 指數(shù)的具體內(nèi)容，同時還要對小波變換模極大值和二進小波變化模極大重構(gòu)信號進行明確，這樣小波理論的正確應(yīng)用效果會更加顯著。（2）需要明確基于小波變換的頻譜感知算法。在頻譜感知算法的確定中，首先要做的是進行系統(tǒng)模型的建設(shè)，在模型建設(shè)的基礎(chǔ)上對算法做具體的描述，這樣算法的具體利用會有更為充分的理論指導(dǎo)。（3）進行仿真分析。利用構(gòu)建的模型做仿真研究，記錄仿真結(jié)果并對結(jié)果進行對比分析，確定具體的性能差異，這樣可以更好的確定頻譜感知的具體方法。

2.2 頻譜共享實現(xiàn)

頻譜共享是認知無線電技術(shù)中的另外一項核心技術(shù)，對于無線通信的最終結(jié)果有顯著的影響。從目前的分析研究來看，在頻譜感知的基礎(chǔ)上要實現(xiàn)頻譜的共享，需要強調(diào)如下4 個方面的內(nèi)容。

第一，需要重視網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與接口的建設(shè)。出于頻譜共享的目的，在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實踐中，可以將集中式架構(gòu)作為主體，同時結(jié)合分布式架構(gòu)，并在架構(gòu)中設(shè)計新增節(jié)點的接口和共享節(jié)點之間的接口，這樣網(wǎng)路架構(gòu)的科學(xué)性會明顯的提升[3-6]。此外，在現(xiàn)有的共享節(jié)點之上進行高級頻譜管理節(jié)點的增加，這樣可以實現(xiàn)共享資源池的管理，同時還可以對共享節(jié)點的需求申請以及頻譜的分配決策等進行管理。為了使得架構(gòu)在運行中表現(xiàn)出更加優(yōu)越的性能，可以對共享節(jié)點進行測量和需求的統(tǒng)計，并對頻譜的分配結(jié)果進行接收，這樣節(jié)點內(nèi)的資源重配置執(zhí)行效果會更好。就網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和接口的具體建設(shè)來看，其中會利用到數(shù)據(jù)庫技術(shù)，具體的如頻譜地圖生成與管理、信道分配等，對技術(shù)的具體利用做強調(diào)，整個網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與接口建設(shè)的實際效果會顯著加強。

第二，需要強調(diào)高層技術(shù)的利用。在頻譜共享的實現(xiàn)中，高層技術(shù)的利用可以解決諸多問題，如頻譜共享所導(dǎo)致的資源動態(tài)化和多優(yōu)先級網(wǎng)絡(luò)共存問題等。在考慮系統(tǒng)架構(gòu)差異的基礎(chǔ)上對頻譜資源進行分析與管理，保證節(jié)點間的頻譜最優(yōu)和公平協(xié)商，基于預(yù)測和代價分析等的頻譜切換、接入控制、跨層設(shè)計等，并分析對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)接入、業(yè)務(wù)流管理、移動性等流程的影響。

第三，物理層技術(shù)。在頻譜共享的實現(xiàn)中，物理層技術(shù)的具體利用也發(fā)揮著重要的作用，所以需要強調(diào)物理層技術(shù)的分析與研究。從目前的分析來看，深入研究物理層技術(shù)，可以通過頻譜檢測等方式獲得頻譜使用狀況，進而實現(xiàn)測量與反饋機制、信道和參考信號等的設(shè)計，如此一來，實現(xiàn)結(jié)果上報和頻譜資源的配置與使用效果會更加的突出。

第四，射頻技術(shù)。對于射頻技術(shù)，在多模多頻芯片成為市場主流的情況下，分析面向未來的支持頻譜共享技術(shù)的新型射頻，能夠支持更廣的頻率范圍，在多通道同時工作時有效處理互干擾，能支持靈活帶寬的射頻，支持在相同頻譜中接入不同系統(tǒng)時的靈活調(diào)制，以及通過多路檢測或壓縮感知等方式的寬頻譜檢測等功能，尋求射頻參考結(jié)構(gòu)與參數(shù)。

3 結(jié)論

在無線通信技術(shù)的具體利用中，為了解決頻譜資源稀缺的問題，可以利用認知無線電中的頻譜感知和頻譜共享技術(shù)，所以對相應(yīng)的技術(shù)做分析與討論現(xiàn)實意義顯著。文章在分析認知無線電技術(shù)的基礎(chǔ)上就頻譜感知和頻譜共享的具體實現(xiàn)做研究，旨在為實踐提供幫助和指導(dǎo)。