劉慶豐陳金鷹 李俊葶 卓有福
（成都理工大學 信息工程學院，成都 610059）
摘要：以認知無線電技術（CR）為基礎，介紹動態(tài)頻譜感知，頻譜管理和頻譜共享方面的技術。認知無線電設備可以利用此類技術對頻譜進行動態(tài)管理，提高頻譜利用率。
關鍵詞：認知無線電、頻譜感知、頻譜管理、頻譜共享
Spectrum Utilization Effectively Technology Based on Cognitive Radio Liu Qingfeng，Chen Jinying, Li junting, Zuo Youfu (1。College of Information Engineering of ChengduUniversity Of Technology;) Abstract: In this paper, we propose Spectrum Sensing, Spectrum Managing and Spectrum sharing based on Cognitive Radio. Cognitive Radio facilities can take advantage of those technologies to dynamically manage spectrum to use spectrum utilization effectively. Key words: Cognitive radio、Spectrum Sensing、Spectrum Managing、Spectrum sharing
1 引言
無線頻譜是一種珍貴的自然資源，它的分配利用通常是由無線電法規(guī)部門確定的。目前世界各國采用的是基于靜態(tài)（固定）頻帶分配的原則與方案。一個頻段一般僅供一個無線通信系統(tǒng)獨立使用，不同的無線通信系統(tǒng)使用不同的頻段，互不干擾，這種靜態(tài)的無線頻譜管理方式簡單而有效地避免了不同無線通信系統(tǒng)間的相互干擾。然而這也使得當前頻譜資源日趨缺乏。2002年11月，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）發(fā)布了一項由Spectrum-Policy Task Force提交的旨在有效管理美國頻譜資源的報告。該報告明確指出：“在許多頻帶，頻譜的準入是一個比頻譜本身稀缺更加重要的問題，很大程度上由于法規(guī)限制了這些頻譜上的潛在用戶獲得準入。”事實確實如此，美國Shared spectrum公司在2004年1月到2005年8月間，對美國30――300000MHZ頻段的頻譜使用情況調查發(fā)現該頻段的平均利用率只有5.2％，其中使用率最高的地區(qū)紐約僅為13.1％，使用率最低的是分配給無線電天文學的頻段，利用率僅有1％。可見擁塞頻段的用戶無法訪問其他空閑頻段的靜態(tài)頻譜管理的問題，大大限制了頻譜使用率。為此，提高頻譜利用率，便成為人們日益關注的問題[1]。
2 認知無線電概述瑞典皇家技術學院的J Mitola
于1999年在軟件無線電的基礎上，提出了認知無線電（CR，Cognitive Radio）的概念，希望利用這種新的技術，靈活有效地動態(tài)管理頻譜資源的使用，提高頻率的利用率。CR從定義上講是一種智能無線通信系統(tǒng)，它能感知周圍環(huán)境，運用“理解—構建”的方法從周圍環(huán)境中獲取信息，并通過實時改變諸如傳輸功率、載頻、調制方式等傳輸參數來適應運行環(huán)境的變化。從原理上講，CR能夠通過對它所工作的無線通信環(huán)境的交互感知而自動改變自身的發(fā)送和接入參數，動態(tài)地重復使用可用頻譜。這種交互感知包括被動的頻譜感知或者是基于認知無線電本身的只能學習推理能力與其他頻譜用戶進行主動通信和協(xié)商的過程。通過優(yōu)化自主調節(jié)自身的發(fā)射與接收特性以適應周圍的無線環(huán)境，CR的無線鏈路層和網絡層能以最優(yōu)化的方式在有限的信號空間中有效的傳輸信息，為日益擁擠的無線通信系統(tǒng)和設備實現頻譜資源的高效利用，共存、兼容和互動的展現了美好的前景[2]。學術界和IEEE標準化組織越來越對CR技術感興趣，并將其稱為未來無線通信領域的“下一個大事件”。 3 認知無線電高效利用頻譜的關鍵技術 CR的最終目標是通過頻譜感知，頻譜管理與共享而獲得最佳的可用頻譜。由于多數頻譜已經被分配掉了，因此最大的挑戰(zhàn)就是如何與法定用戶共享頻譜而不對其產生干擾。CR對暫時沒有被利用的頻譜稱為頻譜孔或空白段，如果這一頻段隨后被法定用戶使用了，那么CR視具體情況，或轉移到另外一個頻譜孔，或繼續(xù)使用這段頻段。
3。1 頻譜感知[3] [4]
認知無線電能夠靈敏感知周圍環(huán)境的變化，通過頻譜感知功能發(fā)現頻譜孔，使其與周圍通信環(huán)境相適應。由于第一用戶網絡沒有義務改變它的結構與CR網絡共享頻譜，因此CR只能獨立地、可靠地通過連續(xù)的頻譜感知對法定用戶進行探測，這是認知無線電的一項核心功能。最有效的探測方法就是探測在它通信范圍內的，正在接受數據的法定用定。在這里，法定用戶也可以被稱為第一用戶，此時CR用戶就相應地被稱為第二用戶。在進行探測時，不同類的第一用戶具有不同的感知靈敏度要求，比如電視接收器的靈敏度比GPS接收機的靈敏度差，電視廣播信號比GPS信號容易探測得到。因此，CR的靈敏度應超過第一用戶接收機的靈敏度，以避免隱蔽終端問題。這是頻譜感知十分具有挑戰(zhàn)性的關鍵原因，既要滿足每一類第一用戶的靈敏度要求并且要有額外的30～40db的余量，需要如此余量的原因在于: CR很難對第一用戶的發(fā)射機和接收機之間的信道進行測量，只能根據對第一用戶的發(fā)射機的探測所作出的本地信道情況的測量而定。
基于認知無線電的高效頻譜利用技術.doc
