认知无线电信号特点及识别
认知无线电技术研究与应用研究
认知无线电技术研究与应用研究一、概述认知无线电技术是指利用先进的无线电通信技术、智能化技术、人工智能技术，实现对无线电频谱的高效率利用和周围环境的自适应感知的一种技术水平，它及其应用在无线电通信中的优越性已得到了广泛认可，因此成为当今无线电通信领域的研究热点，本文主要围绕认知无线电技术研究与应用研究展开。
二、认知无线电技术的研究发展1. 认知无线电的概念和特点认知无线电系统通过动态频谱接口（Dynamic Spectrum Access, DSA）技术，自适应地感知空余频谱，进行频谱分配和频谱管理，提高频谱使用效率和带宽利用率，从而满足不断增长的无线电通信需求；同时，认知无线电系统还具备灵活的频谱共享、环境自适应等特点，可以适应多种复杂环境。
2. 认知无线电的关键技术认知无线电技术的实现需要发展若干关键技术，包括频谱感知与测量、频谱管理与调度、无线电网络安全等技术，其中频谱感知和测量技术是认知无线电技术的核心，利用先进的信号处理技术进行快速的频谱感知和测量是其关键之一。
3. 认知无线电的应用领域认知无线电技术的应用领域涵盖多个方面，如无线电通信、无线电数据传输、军事和民用应用等方面，其中，无线电通信应用领域最为广泛，使用认知无线电系统可以提高系统带宽利用率、频谱利用率，同时可以适应不同的环境。
三、认知无线电技术的典型应用举例1. 无线电通信应用领域随着通信市场的不断扩大，无线电通信已经成为人们生活中最为常见的通讯方式之一，但是频带资源十分有限，如何更好地利用频带资源已经成为一个紧迫的问题。
认知无线电技术恰好可以解决这一问题，它可以适应不同的环境，可以灵活共享频带资源，实现更加高效地频谱分配和调度，同时可以保证无线电通信系统的安全性。
2. 军事应用领域在军事领域中，频谱使用更为复杂，认知无线电技术也得到了广泛应用，如士兵战地通信系统、立体作战指挥系统等。
因为在军事环境中，无线电通信的建设费用昂贵，需要灵活适应性的频谱管理系统，而认知无线电技术正好满足了这一需求，使用它可以高效地利用有限的频谱资源，同时保证了通信系统的稳定性和安全性，因此得到了广泛应用。
浅谈对认知无线电的认知和思考
HEBEINONGJI摘要:本文从认知认知无线电入手，重构了认知无线电系统组成框图，提出了机器人无线电的新名词。
对认知无线电和软件无线电研究现状以及Sora平台系统做了简略介绍，对认知无线电研究和应用前景进行了展望，并在思考基础上提出T自己的一些看法。
关键词:通信;频谱;认知无线电；软件无线电;机器人无线电浅谈对认知无线电的认知和思考苏州健雄职业技术学院陈清1认知认知无线电从20世纪90年代第一代模拟移动通信(1G)开始,民用移动通信在近二十多年里已经完成了4代更替，现在人们都用上T3G/4G移动通信终端机一字智能手机，而5G移动通信也正在向我们走来。
其技术发展的背后，就是无线电通信技术正在发生一场的深刻的革命性变革。
早在1992年5月Joseph Mitola博士在美国全国电信系统会议上首次提出了软件无线电(SDR)概念，将传统模拟体制无线电通信数字化、软件化，用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”的无线通信。
软件超电技术的重要价值在于传统的硬件无线电通信设备只是作为无线通信的基本平台，而许多的通信功能则是由软件来实现，打破了有史以来设备的通信功能的实现仅仅依赖于硬件发展的格局。
软件无线电技术的出现是通信领域继固定通信到移动通信，摸信到如通信之后的一次命。
1998年在瑞典皇家工学院的一个研讨会上Joseph Mitola博士对软件无线电概念进行扩展，提出了认知无线电(CR)概念，即软件无线电智能化。
我们可以设想一下,在软件无线电基础上加上机器“大脑”可使认知无线电具有学习能力、感知能力、存储大数据能力、云计算能力，实现与周围环境交互信息，感知和利用空闲频谱等一些新的设想。
也有人说认知无线电就是智慧无线电，并被预言为未来最热门的无线技术。
2认如无线电的组成要深刻认知认知无线电就要首先要从认知传统无线电、软件无线电开始。
软件无线电发展至今已经有二十多年了，技术已经比较成熟。
传统无线电是由双工器(发射器/接收器)、ADC/DAC(包含调制/解调、编码/解码)等各单元硬件电路组成的。
认知无线电网络中的信号探测与分类研究
认知无线电网络中的信号探测与分类研究随着无线电通信技术的快速发展，无线电网络已经成为现代通信系统中的重要组成部分。
无线电网络不仅为人们的通信提供了更加便捷和高效的途径，同时也推动了智能化城市、智慧医疗以及智能交通等各个领域的发展。
因此，如何有效地探测和分类无线电信号显得至关重要。
针对这一问题，近年来，研究人员在认知无线电网络领域进行了深入研究。
其中，信号探测与分类技术是认知无线电网络中一项重要的研究内容。
本文将从信号探测和分类两个方面进行探讨。
一、信号探测信号探测是指在认知无线电网络中，对不同的无线电信号进行识别和定位。
对信号探测进行有效的分类，对无线电网络的传输效率和信息安全具有重要的意义。
目前，信号探测一般采用能量检测技术、短时能量密度检测、协方差矩阵检测等方法。
这些方法基本上是针对传统无线电通信而设计的，在认知无线电网络中的应用仍存在一定的局限性。
为了有效地应对认知无线电网络中信号探测的问题，研究人员发展了基于机器学习的信号探测方法。
这种方法通过对大量数据进行训练，使计算机学会如何识别不同类型的信号。
目前，基于机器学习的信号探测技术已经取得了较好的效果，可以有效地识别大多数无线电信号。
二、信号分类信号分类是指将不同的无线电信号按照其不同的类型进行识别和分类。
信号分类技术对于确保无线电网络中信息传输的效率和安全具有重要的意义。
目前，一般采用频率分析、时域分析以及协方差分析等方法进行信号分类。
针对认知无线电网络中信号分类的问题，研究人员发展了基于深度学习的信号分类方法。
这种方法能够有效识别并分类复杂的无线电信号，提高了信号分类的准确性和效率。
另外，为了同时解决信号探测和分类问题，研究人员还发展了一种集成式的信号探测与分类技术。
这种技术采用机器学习与深度学习相结合的方法，可以在探测和分类中同时进行，提高了识别效果和性能。
总体来说，针对认知无线电网络中信号探测和分类问题，研究人员已经开展了广泛的研究，并取得了一定的成果。
无线电信号的特性
无线电信号的特性无线电信号的特性在高频电路中, 我们要处理的无线电信号主要有三种: 基带（消息）信号、高频载波信号和已调信号。
所谓基带信号, 就是没有进行调制之前的原始信号, 也称调制信号。
1、时间特性(1)、信号的描述：一个无线电信号, 可以将它表示为电压或电流的时间函数, 通常用时域波形或数学表达式来描述。
(2)、时间特性的概念：无线电信号的时间特性就是信号随时间变化快慢的特性。
信号的时间特性要求传输该信号的电路的时间特性（如时间常数）与之相适应。
2、频谱特性对于较复杂的信号（如话音信号、图像信号等）, 用频谱分析法表示较为方便。
信号的频谱特性的概念：信号的频谱特性就是信号中各频率成分的特性。
对于周期性信号, 可以表示为许多离散的频率分量（各分量间成谐频关系）, 例如图1 —3即为图1 —2所示信号的频谱图; 对于非周期性信号, 可以用傅里叶变换的方法分解为连续谱, 信号为连续谱的积分。
频谱特性包含幅频特性和相频特性两部分, 它们分别反映信号中各个频率分量的振幅和相位的分布情况。
任何信号都会占据一定的带宽。
从频谱特性上看, 带宽就是信号能量主要部分（一般为90%以上）所占据的频率范围或频带宽度。
图1 — 3 频谱图3、传播特性传播特性：是指无线电信号的传播方式、传播距离、传播特点等。
无线电信号的传播特性主要根据其所处的频段或波段来区分。
电磁波从发射天线辐射出去后, 不仅电波的能量会扩散, 接收机只能收到其中极小的一部分, 而且在传播过程中, 电波的能量会被地面、建筑物或高空的电离层吸收或反射, 或者在大气层中产生折射或散射等现象, 从而造成到达接收机时的强度大大衰减。
根据无线电波在传播过程所发生的现象, 电波的传播方式主要有直射（视距）传播、绕射（地波）传播、折射和反射（天波）传播及散射传播等, 如图 1 — 5 所示。
决定传播方式和传播特点的关键因素是无线电信号的频率。
图1—5 无线电波的主要传播方式（a）直射传播; （b）地波传播; （c）天波传播; （d）散射传播4. 调制特性无线电传播一般都要采用高频（射频）的另一个原因就是高频适于天线辐射和无线传播。
认知无线电原理及应用
认知无线电原理及应用无线电通信是现代社会中不可或缺的一部分，它在我们的日常生活中扮演着重要的角色。
然而，随着无线电频谱资源的日益紧张，如何更有效地利用这些资源成为了一个亟待解决的问题。
认知无线电技术应运而生，它通过对无线电频谱的认知和智能化管理，实现了频谱资源的高效利用。
认知无线电的原理是基于对无线电频谱的感知和分析。
它通过感知周围的无线电环境，包括频谱利用情况、信号强度等信息，来判断当前的频谱资源是否被占用。
如果频谱资源没有被占用，认知无线电可以利用这些空闲的频谱资源进行通信。
如果频谱资源已经被占用，认知无线电可以通过与其他设备的协调和谐共享频谱资源，以避免干扰和冲突。
认知无线电技术的应用非常广泛。
首先，它可以提高无线电频谱的利用效率。
传统的无线电通信系统中，频谱资源被静态地分配给各个用户，导致频谱资源的浪费。
而认知无线电可以根据实际需求动态地分配频谱资源，使得频谱资源得到最大程度的利用。
其次，认知无线电可以提高无线电通信的可靠性。
通过对无线电环境的感知和分析，认知无线电可以自动调整通信参数，以适应不同的环境条件，从而提高通信的质量和可靠性。
此外，认知无线电还可以提供更安全的通信服务。
通过对无线电环境的监测，认知无线电可以及时发现和干扰非法设备，保护通信的安全性。
认知无线电技术的发展还面临一些挑战。
首先，认知无线电需要准确地感知和分析无线电环境，这对硬件和算法的要求非常高。
其次，认知无线电需要与传统的无线电通信系统进行兼容和协调，以确保无缝的切换和共存。
此外，认知无线电还需要解决频谱资源分配的公平性和效率性问题，以保证各个用户的利益和通信质量。
尽管面临一些挑战，认知无线电技术的前景依然广阔。
随着无线电频谱资源的日益紧张，认知无线电技术将成为未来无线通信的重要发展方向。
它将为无线通信提供更高效、可靠和安全的服务，推动无线通信技术的进一步发展。
总之，认知无线电技术通过对无线电频谱的认知和智能化管理，实现了频谱资源的高效利用。
通信电子中的无线电信号测量技术
通信电子中的无线电信号测量技术无线电信号是一种基础的通信手段，它在日常生活中的应用场景非常广泛，比如无线电广播、移动通信、卫星通信等等。
而通信电子中的无线电信号测量技术，是对这些无线电信号进行精确测量和分析的一种技术手段。
一、无线电信号的特点无线电信号具有很多特点，比如传输距离远、传输速率快、抗干扰能力强等等。
但是除了这些表面上的特点之外，还有一些需要注意的要素。
首先，无线电信号的频率是非常关键的。
在无线电通信中，通常会用频率作为信号的载体来传输信息，因此不同的通信系统会使用不同频率的信号来传输信息。
比如蜂窝移动通信系统经常使用的信号频率是800MHz~2.5GHz。
其次，无线电信号的带宽也是非常关键的。
在无线电通信中，带宽通常被定义为信号的频率范围，它表示了信号所占用的频谱范围。
对于不同的通信系统，其带宽通常也是有限制的，比如GSM移动通信系统中的信号带宽通常只有200kHz。
除了这些关键要素之外，无线电信号还有很多其他特点，比如功率、调制方式、信号衰减等等。
二、无线电信号测量的基本原理在通信电子中，无线电信号的测量通常需要使用一系列仪器和设备来完成，比如功率计、频率计、示波器等等。
这些仪器在测量无线电信号时，通常会遵循以下基本原理：首先，需要对无线电信号进行频率测量。
为了实现这一目的，我们通常会使用频率计/频谱分析仪等设备来采集无线电信号，并确定它的频率。
这是因为在很多情况下，用频率作为基准来描述无线电信号是非常有用的，因此频率测量通常是测量无线电信号的第一个步骤。
其次，需要对无线电信号进行功率测量。
对于无线电信号的功率水平，我们通常使用功率计等设备来进行测量。
这是因为，无线电信号的功率通常会影响它的传输距离、传输质量等关键指标，因此对于无线电信号的测量，功率测量非常关键。
最后，需要对无线电信号进行调制方式的测量。
无线电信号经常会使用不同的调制方式来传输信息，比如AM、FM、PM等等。
为了识别这些信号的调制方式，我们通常使用示波器等设备来进行分析。
认知无线电
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通常一个博弈过程包括五个方面： 通常一个博弈过程包括五个方面： 1、参与者： 博弈中进行独立决策的参与者也称为局中人 2、策略： 在每一局博弈中，参与者都会选择一种实际可行的方案 3、信息： 它是参与者选择策略的前提 4、次序： 由于每个博弈方的决策有先后之分，所做的决策也不止一 次，这样就产生了次序。 5、得失： 博弈的结果称为得失。
2、认知无线电原理
无线环境
发射信号
频谱激励 频 谱 感 知
频 谱 判 决
信道容量 频谱分析
频谱信息
认知无线电原理图
3、认知无线电的特点 、
1.对环境的感知能力 2.对环境变化的学习能力 3.对环境变化的自适应性 4.通信质量的高可靠性 5.对频谱资源的充分利用 6.系统功能模块的可重构性
频谱分配
LB = {ln.m • b n.m }N ×M
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• 干扰矩阵集合
C = {cn ,k ,m c
n,k ,m
∈ {0,1}}N × N ×M
• 无干扰的频谱分配矩阵
A = {an ,m an ,m ∈ {0,1}}N ×M
A必须满足无干扰条件：
基于着色理论的 频谱分配方法具 有时间开销小的 优点，但精度不 够高。
一、概念
频谱分配就是根据需要接入系统用户数目及其服务 要求将频谱分配给一个或多个指定用户。 频谱分配的主要目的就是通过一个自适应策略有效 的选择和利用空闲频谱。利用动态频谱分配策略，可有 效的提高无线通信的灵活性，使授权用户和非授权用户 之间避免冲突，公平地享有频谱资源，满足用户因不同 业务而不断变化的需求。
认知无线电的基础知识
1、认知无线电(Cognitive Radio,CR)概念 认知无线电(Cognitive Radio,CR)概念
认知无线电技术
认知无线电技术认知无线电（Cognitive Radio，CR）的概念起源于1999年Joseph Mitolo 博士的奠基性工作。
它可以通过学习、理解等方式，自适应的调整内部的通信机理、实时改变特定的无线操作参数（如功率、载波调制和编码等）等，来适应外部无线环境，自主寻找和使用空闲频谱。
它能帮助用户选择最好的、最适合的服务进行无线传输，甚至能够根据现有的或者即将获得的无线资源延迟或主动发起传送。
一、认知无线电的定义1、JosephMitola对认知无线电的定义1999年，JosephMitola在他的学术论文中首先提出了认知无线电的概念，并描述了认知无线电如何通过“无线电知识描述语言（RKRL，RadioKnowledgeRepresentationLanguage）”来提高个人无线业务的灵活性。
随后，JosephMitola在他的博士论文中详细探讨了这一理论。
他认为：认知无线电应该充分利用无线个人数字设备和相关的网络在无线电资源和通信方面的智能计算能力来检测用户通信需求，并根据这些需求提供最合适的无线电资源和无线业务。
Mitola的认知无线电的定义是对软件无线电的扩展。
认知无线电以软件无线电为平台，并使软件无线电智能化。
2、FCC的认知无线电定义JosephMitola定义的认知无线电强调“学习”的能力，认知无线电系统需要考虑通信环境中的每一个可能参数，然后做出决定。
相比于JosephMitola的定义，FCC针对频谱有效分配问题对认知无线电做出的定义更能为业界所接受。
在2003年12月的一则通告中，FCC对认知无线电作出如下定义：认知无线电是能够与所处的通信环境进行交互并根据交互结果改变自身传输参数的无线电。
FCC对认知无线电的这个定义主要是基于频谱资源分配和管理问题提出的。
目前无线频谱资源的规划和使用都是由政府制定的，无线通信设备对频谱的使用需要经过政府的许可。
而固定的频谱分配政策导致了频谱不能有效利用的问题。
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３ 认知无线电信号识别
认知无线电理论研究成果包括频谱感知、频谱接入、频 谱管理等。任何新技术的发展目标必然是走进商用领域，认 知无线电也不例外。认知无线电设备应永远充当“第二者” 的角色，必须避免干扰授权用户 / 设备，即不影响授权设备 / 用户的正常使用。这种机理可以使用驱动学习模式进行识别， 主要原理是：当发现某个频段上出现疑似认知无线电信号时， 适当施加干扰至干扰阈值处，依据认知无线电工作原理，认 知无线电设备会撤离当前频段并寻找新的频段使用，这时检 测其他频段上信号出现情况，如发现其他频段上出现信号， 则继续判断为疑似认知无线电信号，添加干扰至认知无线电 设备撤离，这样循环多次直至系统检测出认知无线电信号特 征。具体流程如图 1 所示。
2016 年第 22 期
信息与电脑 China Computer&Communication
认知无线电信号特点及识别
网络与通信技术
王子涵
（华中师范大学第一附属中学，湖北 武汉 430000）
摘 要：无线通信的迅猛发展导致对无线频谱的需求与日俱增，采用动态频谱分配机制的认知无线电技术应运而生， 以期高效缓解日益严峻的频谱赤字问题。笔者分析了认知无线电工作机制和商业化基本模型、认知无线电信号特征，给 出了基于驱动学习模式的认知无线电信号识别方案，可供无线电频谱管理者用于规范认知无线电的商业化。
关键词：认知无线电；宽频带检测；信号特征库；驱动学习 中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2016）22-191-02
１ 引言
2.1 非周期性
现有无线通信系统中，频谱资源作为资源分给授权用户， 得到授权的用户可以排他地使用频谱资源。这种传统的频谱 分配政策初期很好地保障了通信质量，但是授权用户使用频 谱时间短，资源使用率极低。此外，开放频段由于过度使用， 拥塞和干扰极其严重。伴随着无线通信的迅猛发展，这种欠 利用和过利用矛盾逐步加剧。基于此，1999 年软件无线电之 父 John Mitola 博士首次提出了认知无线电 [1-3] 的概念，认 为认知无线电可以主动感知外界的无线通信环境，并利用感 知结果重构自身通信参数来适应当前的无线环境，从而提高 频谱使用效率。本质上，认知无线电是一种可根据无线环境 变化而智能重构的无线电，因此一般具备两种能力，即认知 能力和重构能力。认知能力指的是认知无线电可以获得无线 环境信息。重构能力指的是无线电设备基于认知获得的环境 信息能重构自身通信参数，以此获得通信机会。初步研究成 果表明认知无线电很好地缓解了频谱赤字问题，预计未来会 得到很好的商业化使用。为了便于未来认知无线电管理和规 范使用，对认知无线电的信号特征和认知无线电信号检测的 研究是至关重要的环节。
网络与通信技术
信息与电脑 China Computer&。 综上所述，认知无线电设备具有更强的捷变特性，抗干
扰能力更强，同时使通信变得更加隐蔽，安全系数得到有效 提升，但同时也带来一些安全问题，易受外界环境的影响和 其他攻击。同时，这些特性为频谱的管理带来了新的挑战。 因此，认知无线电信号的有效识别可为频谱高效有序使用提 供理论、方法等层面的指导。
为了获得频谱空洞，认知无线电要快速学习外界频谱环 境并迅速作出决策，基于决策完成快速重构。基于此，整个 认知无线电设备的通信具有很强的捷变性，相邻时隙采用的 通信参数可能会不同，整个通信过程不会具备显著的周期性。
2.2 信令交互频繁且交互量大
每个时隙内，认知无线电均要完成断链、学习、推理、 决策、重构的认知环循环，并且要在尽可能短的时间内完成 以获得更多的有效通信时间。对比于授权用户 / 设备，认知 无线电需要频繁地交互大量的信令以保证授权用户 / 设备通 信质量不受影响。
图 1 所示的认知无线电信号识别过程表明认知无线电信 号识别过程主要涵盖两大关键技术，分别是宽频带检测技术 和信号特征库构建技术。
宽频带信号检测，可采用基于软件无线电设计理念，构 建基于智能天线的宽频带多信道检测方案。宽频带信号监测 必须克服有先验信息的传统信号检测方案，使其可以在多域 内进行多维处理，并能对其进行识别和参数测量。信号特征 库提取，可基于信号识别过程，通过试探性干扰并多次对认 知无线电信号进行宽频带多信道处理获得认知无线电信号， 并利用获得的信号进行处理，提取信号特征并构建信号特征 库，信号特征库是后续用于判断认知信号区分于授权设备 / 用户信号的关键因素。
2.3 通信参数多变性
为了维护授权用户 / 设备的通信质量，认知无线电设备 必须每个时隙完成认知环的循环，依据限定规则重构通信参 数，要求认知无线电设备具备多频段上通信的能力。相邻时 隙就可能使用不同的频段并使用不同的通信参数，整个通信 过程具有很强的捷变性。
2.4 自适应性强
现阶段，无线通信已改变了人们的生活，越来越多的通 信设备得到了使用，频谱资源被大量使用，如何在复杂的频 谱环境下寻得频谱空洞愈发重要。因此，新引入的认知无线 电设备必须具备更强的适应性以期快速寻得频谱空洞，获得 通信机会以期提高频谱使用效率。
２ 认知无线电信号特征
根据认知无线电设备工作原理，未来的认知无线电终端 可以快速获得外界无线通信环境信息，基于环境信息迅速重 构传输功率、调制方式、编码方式、载波频率和使用域等， 使自身完美地融入无线通信环境，这时可以实现任何时间、 任何地点都能智能地寻找可用无线“频谱空洞”，从而有效 提升频谱效率。认知无线电网络中引入的次级设备对于授权 设备 / 用户来说必须是“透明”的，所以授权设备 / 用户在 引入了认知无线电设备后所受到的干扰应低于设定阈值。现 阶段，无线通信的便携式终端已初步采用了认知无线电技术， 并有效融入了机器学习、智能决策和快速重构等理论。认知 无线电设备信号具有如下特点。
2.5 高智能性
认知无线电设备得到应用的主要原因是大量使用了智能 处理模块，使其可以快速处理大量的频谱环境数据，并且在 限定的时间内完成通信参数重构。大量的智能处理模块极大 地方便了认知无线电快速推理频谱态势数据，并作出理解和 学习，在有效时间内完成数据挖掘和通信决策，并快速完成
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