認(rèn)知無線電技術(shù)在電磁頻譜管理中的應(yīng)用探討

摘 要 電磁頻譜是我國珍貴且有限的戰(zhàn)略資源之一，對(duì)其進(jìn)行有效的管理，是保證信息通暢的重要途徑，有利于增強(qiáng)我國軍事實(shí)力，維護(hù)我國的和諧和安定。與此同時(shí)，由于無線電技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于日常通訊、氣象預(yù)測(cè)等眾多領(lǐng)域，成為生活中不可或缺的組成部分，導(dǎo)致電磁頻譜資源被快速使用，使得其供需矛盾日益凸顯。因而，如何保證電磁頻譜在需求高峰期的供給，及時(shí)利用閑置的電磁頻譜，成為無線電管理人員需要深思的問題。而認(rèn)知無線電技術(shù)作為可智能化感知和分配電磁頻譜的新型技術(shù)，擁有認(rèn)知、決策和執(zhí)行的性能，可提高對(duì)電磁頻譜的利用率，緩解電磁頻譜的供需矛盾。因此，本文將以認(rèn)知無線電技術(shù)為切入點(diǎn)，探討其在電磁頻譜管理中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 認(rèn)知無線電技術(shù);電磁譜管理;應(yīng)用

在傳統(tǒng)的電磁頻譜管理模式中，頻譜監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)需將采集的數(shù)據(jù)傳輸至頻譜管理系統(tǒng)中，再進(jìn)行相關(guān)的分析和決策，然后將電磁頻譜分配給特定的用戶，這一過程使得頻譜監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)屬于相互獨(dú)立的兩個(gè)系統(tǒng)，無法進(jìn)行及時(shí)的傳輸和合理的分配，已經(jīng)不太適應(yīng)信息爆炸的時(shí)代。認(rèn)知無線電技術(shù)就如同電磁頻譜傳輸?shù)缆飞系摹敖煌ň臁?，可自主收集頻譜的信息，學(xué)習(xí)頻譜的分配方式，將有限的電磁頻譜傳輸至需要的用戶，減少電磁頻譜管理的人力和時(shí)間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電磁頻譜傳輸?shù)淖顑?yōu)化。

1認(rèn)知無線電技術(shù)概述

1.1 認(rèn)知無線電技術(shù)概念

認(rèn)知無線電技術(shù)屬于無線通信技術(shù)，此概念最早在1999年由瑞典皇家技術(shù)學(xué)院的Joseph Mitola博士提出，英文全稱為Cognitive Radio，簡(jiǎn)稱CR。此后，隨著認(rèn)知無線電技術(shù)的成熟，越來越多的國家開始致力于研究其應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用途徑。比如，將認(rèn)知無線電技術(shù)應(yīng)用于軍用領(lǐng)域，提高電子對(duì)抗能力;應(yīng)用于民用領(lǐng)域，將之應(yīng)用于寬帶網(wǎng)絡(luò)中。與傳統(tǒng)無線電技術(shù)思路相比，認(rèn)知無線電技術(shù)將眾多的終端設(shè)備當(dāng)作一個(gè)整體，而非孤立存在的個(gè)體，再通過認(rèn)知能力和重構(gòu)能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁頻譜的自主感知、分析以及決策等一系列的過程，完成對(duì)頻譜的智能化分配。

1.2 認(rèn)知無線電的關(guān)鍵技術(shù)

“認(rèn)知”這一詞語多用于人類，強(qiáng)調(diào)具有分析、判斷、決策等認(rèn)知能力。此時(shí)，將“認(rèn)知”一詞放置于無線電前面，意味著無線電技術(shù)開始具有認(rèn)知能力?？傮w來說，與傳統(tǒng)的無線技術(shù)相比，認(rèn)知無線電技術(shù)，主要包括認(rèn)知技術(shù)和重構(gòu)技術(shù)。一方面，認(rèn)知技術(shù)又可細(xì)分為感知、分析、決策三個(gè)方面。通過感知電磁環(huán)境中的頻譜空洞和用戶的出現(xiàn)，分析用戶對(duì)信道和頻譜的需求，最后根據(jù)用戶的工作需求，做出最優(yōu)的傳輸方案，確保通訊的順暢。另一方面，重構(gòu)技術(shù)指的是在不改變硬件設(shè)備的前提下，改變發(fā)射功率、頻率等相關(guān)參數(shù)，重新構(gòu)建寬帶發(fā)射機(jī)，保證用戶在任何時(shí)間點(diǎn)和任何地區(qū)都有可靠性高的通訊[1]。

2認(rèn)知無線電技術(shù)在電磁頻譜管理中的應(yīng)用

2.1 實(shí)現(xiàn)電磁頻譜的動(dòng)態(tài)分配

傳統(tǒng)靜態(tài)頻率分配方式中，大部分電磁頻譜資源被分配給固定的授權(quán)用戶，僅留下少量資源用于非授權(quán)用戶，而多數(shù)授權(quán)用戶并非實(shí)時(shí)都需要大量的電磁頻譜，導(dǎo)致某些時(shí)段內(nèi)頻譜資源的閑置和浪費(fèi)。同時(shí)，非授權(quán)用戶對(duì)頻譜資源的需求不斷增加，分配的頻譜資源的利用率已慢慢趨向飽和，出現(xiàn)供給不足的情況。不過，將認(rèn)知無線電技術(shù)用于管理電磁頻譜后，其可以感知周圍的電磁環(huán)境，對(duì)頻譜情況和用戶情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。當(dāng)主要授權(quán)用戶需要頻譜資源時(shí)，將相關(guān)信道提供給授權(quán)用戶，滿足用戶對(duì)頻率資源的需求。當(dāng)部分頻譜資源被閑置后，可允許非授權(quán)用戶在不影響授權(quán)用戶的情況下，接入頻率資源。相比于靜態(tài)頻譜分配方式，認(rèn)知無線電技術(shù)可利用頻譜感知技術(shù)、頻譜分析技術(shù)、頻譜共享技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜的及時(shí)合理分配。

2.2 提高電磁頻譜的抗干擾性

電磁環(huán)境并不平靜，而是充滿了變化，這就要求在電磁頻譜管理中，可以根據(jù)變化的特征，及時(shí)修改頻率、功率等參數(shù)，以便應(yīng)對(duì)變化的電磁環(huán)境。然而，傳統(tǒng)的頻譜管理方式中，一旦相關(guān)的頻率被固定之后，不允許相關(guān)的人員進(jìn)行隨意更改。因此，當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件的情況下，靜態(tài)的頻譜管理網(wǎng)很容易受到變故的影響，從而影響授權(quán)用戶的通訊工作，其抗干擾性能較差。不過，將認(rèn)知無線電技術(shù)引入頻譜管理體系中，通過干擾估測(cè)技術(shù)，評(píng)估用戶之間的干擾可能性，再通過用戶間的協(xié)商活動(dòng)，降低干擾的可能性。此外，如果不幸，發(fā)生了干擾事件，可利用頻譜移動(dòng)性管理技術(shù)，第一時(shí)間切換頻率，確保通訊工作的正常進(jìn)行。

2.3 推進(jìn)電磁頻譜的智能化管理

在以往頻譜管理工作中，先由頻譜檢測(cè)網(wǎng)對(duì)周圍的電磁環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)加以處理后，傳輸至頻譜管理網(wǎng)，再結(jié)合用戶對(duì)頻譜的需求，制定出頻譜規(guī)劃方案，最后由用頻裝備網(wǎng)執(zhí)行規(guī)劃方案，三個(gè)網(wǎng)互相獨(dú)立。此管理屬于自上而下的集中式管理，離不開人類的分析和決策，降低了頻譜管理的效率。但是，認(rèn)知無線電技術(shù)有著不錯(cuò)認(rèn)知能力，可以對(duì)周圍的電磁環(huán)境進(jìn)行分析，對(duì)空閑的頻譜進(jìn)行規(guī)劃和分配，再結(jié)合相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)建好通暢的通訊渠道，滿足非授權(quán)用戶和授權(quán)用戶的需求。從感知環(huán)境、分配頻譜、到建立通訊的整個(gè)過程中，不需要工作人員的過多參與，減輕了電磁頻譜管理人員的工作負(fù)擔(dān)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)頻譜的自動(dòng)化管理[2]。

3結(jié)束語

綜上所述，無線電技術(shù)與人類生活密切相關(guān)。隨著無線電技術(shù)的廣泛應(yīng)用，其應(yīng)用局限性日益凸顯，影響了部分用戶的通訊工作。認(rèn)知無線電技術(shù)是基于軟件無線電技術(shù)，有著頻譜認(rèn)知能力和重構(gòu)能力，可對(duì)電磁頻譜進(jìn)行感知、分析以及決策等活動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜資源的智能化管理，即可提高頻率的管理效率，又可減少頻譜的浪費(fèi)。

參考文獻(xiàn)

[1] 王思成，唐金元，劉水，等.認(rèn)知無線電技術(shù)及其應(yīng)用[J].中國設(shè)備工程，2017（3）：131-132.

[2] 陳巖，唐艷.基于認(rèn)知無線電技術(shù)的動(dòng)態(tài)頻譜管理構(gòu)想[J].數(shù)字通信世界，2016（5）：63-65.

作者簡(jiǎn)介

劉善海（1988-），男;學(xué)歷：碩士研究生，職稱：助理工程師，現(xiàn)就職單位：31437部隊(duì)，研究方向：電磁頻譜。