认知无线电研究背景意义与现状
认知无线电研究背景意义与现状
1 认知无线电的产生背景
2 认知无线电的产生
3 认知无线电技术的国内外研究现状
4 认知无线电频谱感知技术的研究意义
5 认知无线电技术研究的主要任务
1 认知无线电的产生背景
随着无线通信技术的飞速发展，无线用户的数量急剧增加，可用频谱资源变得越来越稀缺。当今绝大多数频谱资源都是采用固定的分配模式，由专门的频 率管理部门分配给特定的授权用户使用。而对于另外一些非授权用户的通信需求，如无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)、无线个域网(Wireless
Personal Area Network，WPAN)等，由于其近几年发展迅速，导致这些网络所工作的非授权频段逐渐趋向饱和。据美国研究结果指出，现有的频谱管理与分配策略是造成频谱资源紧缺的重要原因之一，导致某些网络频谱资源相对较少但其承载的业务量很大，而相当多的已授权的频谱并没得到充分的使用。美国联邦通信委员会(Federal Communications Commission, FCC)在2002年出版的报告中指出，已分配的频谱利用率为15,,85,，已经分配的3GHz以下的频谱资源中多达70,未被充分利用。一项中国移动的研究表明，大多数频段利用率不到5%，密集城区一周频段占用度的测试结果显示，占用度较高的频率主要集中410-954MHz频段，GSM下行频段占用度最高，广播频段、集群系统下行和ISM频段次之，其他频段的占用度则极低。其中GSM频段资源块的占用度明显高于广播频段。GSM频段占用度大于0.1的资源块约占总数的62%，广播频段占用度大于0.1的约8%。
[15] 图1 频谱利用情况调查分析
由此可以看出:频谱资源实际上是很充裕的，频谱的缺乏主要是由于静态(固定)的频谱分配体制而不是频谱资源本身的缺乏。这种在空域、时域和频域中出现的可以被利用的频谱资源被称为“频谱空穴(Spectrum Holes)”。对此开发一种新的更优化的频谱资源利用方法变得十分重要。
2 认知无线电的产生
基于以上的现状，为了解决频谱资源运用匮乏的问题，基本思路就是尽量提高现有频谱的利用率。
通过对静态频谱资源分配体制问题研究，人们开始考虑是否可以允许没有频谱使用许可权的用户在对法定用户不产生任何干扰的情况下按照“伺机”的方式工作在已授权的频段内。这种创新大胆的思路对解决现有频谱资源缺乏的问题很有意义，后来这个概念就被称作认知无线电。
认知无线电(Cognitive Radio)的概念是由MITRE公司顾问、瑞典皇家技术学院博士生Joseph.Mitola和GERALD Q. MAGUIRE, JR教授于1999年8月在IEEE
Personal Communications杂志上首次提出的。 随着概念的提出，FCC于2004年5月颁布了TV频带的NPRM(Notice of
Proposed
Rule Making)，同年9月批准了IEEE(SA标准委员会IEEE 802(22的项目授权请
[1]求(PAR) 。这作为认知无限电由概念到实现的首个标准，主要任务是为没有
VHF/UHF(Very High Frequency/Ultra High Frequency)频谱使用许可的设备制定基于认知无线电的物理(PHY)层和媒体访问控制(MAC)层空间接口标准，以使这些设备能够工作于VHF/UHF频段而不对电视广播业务产生干扰，其在认知无限电技术的演变过程中有着非常重要的意思。
认知无线电(CR)也被称为智能无线电，从广义上来说是指无线终端具备足够的智能或者认知能力，通过对周围无线环境的历史和当前状况进行检测、分析、学习、推理和规划，利用相应结果调整自己的传输参数，使用最适合的无线资源(包括频率、调制方式、发射功率等)完成无线传输。认知无线电应该具备以
[2]下两个主要特征:(1)认知能力，认知能力使CR能够从其工作的无线环境中捕获或者感知信息，从而可以标识特定时间和空间的未使用频谱资源(也称为频谱空洞)，并选择最适当的频谱和工作参数。(2)重构能力，重构能力使得CR设备可以根据无线环境动态编程，从而允许CR设备采用不同的无线传输技术收发数据。可以重构的参数包括:工作频率、调制方式、发射功率和通信协议等。
总之，认知无线电的核心思想是认知无线电具有学习能力，能与周围环境交互信息，以感知和利用在该空间的频谱空穴，并限制和降低冲突的发生。但由于认知无线电的相关研究才刚刚起步，相关的研究还没有成熟，导致了有各种不同的解决观点。主要的观点有:
(1)Mitola的观点 瑞典皇家理工学院的Joseph Mitola 博士认为，软件是实现认知无线电的理想平台。认知无线电的认识强调其学习和推理能力，认为认知无线电系统能够通过学习不断感知无线环境的变化，并通过自适应地调整自身内部的通信机理来适应无线环境的变化。图2为Maryland大学的Thomas博士提供的认知无线电网
[14]络模型。
射频政策
事实 知识库 推理引擎
观察 感知 配置
CR应用编程接口
学习引擎 哦 软件定义无线电
[14]图2 Thomas对认知无线电模型的认识
(2)FCC的观点
FCC认为，认知无线电是通过无线电设备根据与它的操作环境进行交互而改变其传输参数而实现的过程。软件只可能是作为定义无线电，没有要求实时可编程的要求。
(3)Simon Haykin的观点
Simon Haykin 博士结合Mitola博士与FCC的观点，重新解释了认知无线电，他认为:“认知无线电是一个智能无线通信系统。它能够感知外界环境，并使用
比如传输功率、载波频率人工智能技术从环境中学习，通过实时改变某些参数(
和调制技术等)，使其内部状态适应接收到的无线信号的统计性变化，以达到任何时间任何地点的高度可靠通信和对频谱资源有效利用的目的。”如图3所示。 Simon Haykin的定义较好的兼顾了数字信号处理、网络、人工智能和计算机软硬件的实现，在该定义的基础上提出的认知环模型也能较好地反映认知无线电的概念和内涵。
无线环境
射频信号
发射信号
无线频谱
探测
干扰 发射功率控制及 信道状态估计
频谱管理 与预测 量化的信道容量
[3] 图3 Simon Haykin提出的认知环
3 认知无线电技术的国内外研究现状 ? 国外研究现状
1)频谱池(Spectrum Pooling)系统
由德国Karlsruhe大学的F(K(Jondral教授等人提出的频谱池(Spectrum
Pooling)系统是一个基于OFDM的中心控制的动态频谱接入系统。频谱池(Spectrum Pooling)系统通过特殊设计的帧结构执行网络可用频谱资源的感知。 2)
DRIVE,Over DRIVE项目
该项目是欧洲环境下提供移动IP服务的项目，其主要目标是:通过公共协调信道在异构网络间实现动态频谱共享。项目主要研究了两个动态频谱分配方法，即时间动态频谱分配和空间动态频谱分配。
3) E2R项目
作为DRIVE/Over DRIVE 项目的延伸项目，研究通过端到端重配置网络和软件无线电技术将未来不同类型的无线网络融合起来，为用户、服务提供商、管理者提供更多可选服务的系统。 4) DARPA XG项目
美国国防部高级研究计划署DARPA(Defense Advanced Research Projects
Agency)资助的下一代(XG)项目的目标是使得美国军用通信设备可以检测环境变化，根据所处环境的频谱管理政策选择频谱。
项目包括两个方面:一是开发提供择机频谱接入的技术;二是开发通过灵活的政策应用管理无线行为关键方面的长期管理框架。XG针对对等结构adhoc(点对点)网络的通信采用的是完全自由的择机频谱接入。
[3]? 国内研究现状
华为公司从2005年起就关注认知无线电的研究进展:资助相关学术研究，如在北京邮电大学设立一些基金项目，并成为IEEE 802(22和802(16h工作组的成员，并赞助CrownCom2008等与CR有关的会议。
中国移动目前对认知无线电的研究主要包括两个方面:一个方面是对中国的频谱使用情况的测量，并为理论研究提供数据支持。另一个方面是理论方面的研究，包括四个方面:频谱管理策略、系统和协议框架、动态频谱分配机制和频谱感知机制。
国家863计划在2005年就支持了无线电相关研究项目，对关键技术进行研究;并在2008年将认知网络技术列为重点支持项目。
2008年国家自然科学基金在认知无线电领域设立重点项目群，支持3个重点项目，重点解决频谱认知、动态频谱管理和抗干扰等问题。
4 认知无线电频谱感知技术的研究意义
UWB(Ultra Wideband)是一种无载波通信技术，利用纳秒至微微秒间级的非
正弦波窄脉冲传输数据。有人称它为无线电领域的一次革命性进展，认为它将成为未来短距离无线通信的主流技术。其具有抗干扰性强，带宽极宽，保密性强，发射功率非常小的特点。UWB技术最基本的工作原理是发送和接收脉冲间隔严格受控的高斯单周期超短时脉冲，超短时单周期脉冲决定了信号的带宽很宽，接收机直接用一级前端交叉相关器就把脉冲序列转换成基带信号，省去了传统通信设备中的中频级，极大地降低了设备复杂性。
但是，众多研究表明，UWB系统的频谱共享缺乏灵活性，系统间共享缺少针对性，限制了UWB系统性能和频谱利用率的进一步提高。当把认知无线电技术引入到UWB系统后，使得其频谱操作环境得到了很大的改进。使得UWB系统和认知无线电的结合，是未来移动通信发展的方向之一。
当前，认知无线电关键技术的研究主要集中在频谱感知和动态频谱管理两方面。根据FCC的定义，认知无线电的最大特征是能够对无线电环境进行感知。与无线电环境的直接接触只能由系统物理层来完成，因此频谱感知技术主要是一种物理层的信号处理技术。可以说，频谱感知是认知无线电系统中物理层要实现的核心功能。
对此，频谱感知不仅是认知无线电实现的基础，同时也是认知无线电的一大技术挑战，频谱感知的难点和关键点在于:待检测信号的信噪比很低，即使噪声的概率分布已知，但是噪声能量是未知的，而且噪声能量常常是时变的。如何在一定运算复杂度的前提下提高检测的可靠性就成了频谱感知算法研究的热点和难点。对此频谱感知技术的研究对于认知无线电的发展具有重要的意义。
5 认知无线电技术研究的主要任务
一是无线电外部传输场景分析，主要包括干扰温度的估计和频谱空洞的监测。认知无线电技术能够感知并分析特定区域的频段，找出频谱空洞，而且不能对授权用户造成干扰。在不影响现有通信系统的前提下工作，为了在某个地域应用认知无线电技术，最先进行的工作就是对该地无线信道环境的感知，即频谱检测和“空洞”搜寻与判定。
无线传感器研究背景目的意义及现状与发展趋势教程文件
无线传感器研究背景目的意义及现状与发展趋势
1 研究背景
随着无线技术的快速发展和日趋成熟，无线通信也发展到一定的阶段，其发展的技术越来越成熟，方向也越来越多，越来越重要，大量的应用方案开始采用无线技术进行数据采集和通信。
微机电系统和低功耗高集成数字设备的发展，使得低成本、低功耗、小体积的传感器节点得以实现。这样的节点配合各类型的传感器，可组成无线传感器网络（WSN）。无线传感网络是一种开创了新的应用领域的新兴概念和技术。广泛应用于战场监视、大规模环境监测和大区域内的目标追踪等领域。传感技术、传感网络已经被认定为最重要的研究之一。因为无线传感器网络节点一般采用电池供电，工作环境通常比较恶劣，而且数量大、更换非常困难，所以低功耗是无线传感器网络最重要的设计准则之一，因此，它迫切需要对传统的嵌入式应用开发进行更新和改进，需要精心设计的软硬件系统，以使其可靠而耐用。
2003年,美国《技术评论》杂志论述未来新兴十大技术时,WSN被列为第一;美国《今日防务》杂志更认为WSN的应用和发展将引起一场划时代的军事技术革命和未来战争的变革。可以预测,WSN是信息感知和采集的一场革命,是21世纪最重要的技术之一[2]。低功耗无线传感模块，便是组成无线传感网络的节点。此方面的研究由来已久，是计算机应用的扩展，采用了大规模集成电路和嵌入式技术，使用智能微处理器对采集到的信息进行处理和加工。现已广泛应用于社会建设的各个层面和人们的日常生活当中。但过去的研究有的只考虑低功耗而性能不高， 有的性能高但是功耗太大。
因此，在无线传感技术应用如此广泛的今天，在保证无线传感模块性能的同时又能实现其低功耗具有一定的理论和现实意义。
2 研究目的及意义
2.1 研究目的
当前对于无线传感技术的研究仍然处在一个高速发展的阶段，低功耗就是其发展方向之一，而低功耗与高性能的结合实现还不完全。因此，为了更好的实现无线传感模块的功能，增加模块的可靠性和使用寿命，通过对无线传感节点的硬件功耗的分析，确定无线传感模块各单元的基本功率消耗，并进行相应比较，确定需重点降耗的单元，在此基础上结合当前对低功耗无线传感模块的研究，通过对比分析选择合适的芯片完成对低功耗无线传输模块的自主设计和制作。并辅助软件开发人员完成各子模块的驱动编写，实现低功耗无线传感模块的整体通信功能。 2.2研究意义
041020414陈伟光寒假学习报告材料
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南京航空航天大学
毕业设计寒假学习报告
题 目： 无线认知网络中的频谱感知技术研究
学 院： 电子信息工程学院
专 业： 信息工程
班 级： 0410204
学 号： 041020414
姓 名： 陈伟光
指导教师： 陈晓明
填表日期： 2014 年 2 月 15 日
实用标准文案
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一、 研究背景：
1. 无线通信的发展背景：
作为2l世纪的标志，信息产业正在以令人惊叹的速度蓬勃发展。在上世纪90年代，有线网络的普及，使得普通家庭也可以享受到网上冲浪的乐趣。但是有线网络却有着诸多限制，于是人们将目光转移到了无线网络。因此，在人们对无线通信的迫切需求下，无线通信技术在20世纪末到21世纪初的几年中迅猛发展，从模拟通信发展到数字通信，从窄带发展到宽带，甚至超宽带，从过去单纯的语音业务发到现在的云端服务等大数据业务，而且这种需求还在逐步的扩大，新业务也会伴随着新的需求而出现，它们将把许多以前只能在电影中看到的场景搬到现实中来，提供给用户前所未有的体验。
2. 认知无线电的提出背景：
随着无线通信业务的不断升级，作为一种不可再生资源的无线频谱资源就显得日益稀缺。目前，频谱资源还处于依靠政府的固定分配方式分配给使用者，这种方式是的频谱利用率很低，已分配的大量频谱资源被大量浪费，根据SSC（Shared Spectrum Company）进行的NFS频谱占用检测项目中对各个频带占用情况的统计结果，3GHz频段以下已分配的频谱资源占用率普遍很低，占用率最高的TV频段也只有25%，大部分的频带占用率不足10%。由此可见，3GHz频段以下已分配频谱资源在大部分时间内处于闲置状态，造成了频谱资源的严重浪费。
认知无线电技术的第二章中文电子版
第二章 通信政策和频谱管理
Paul Kolodzy
新技术会对商业界和政策界造成重大影响，对突破性技术来说更是如此，这些技术在很大程度上改变了商业界和政策界的现状。认知无线电具有影响无线电设备和业务市场的潜力，同时它也改变了无线通信政策的发展和执行方式。进入无线电市场必须解决的关键性问题就是无线频谱的接入。一旦获得接入允许，男儿为了增加用户数量，干扰管理的能力就成了一个重要因素。吞吐量对利益最大化（对应设备）或收入最大化（对应业务）来说至关重要。因此，射频（RF）频谱接入和干扰管理成了频谱管理的主要方面。
在频谱管理中，认知无线电技术具有突破性影响的潜力。从无线电技术诞生以来，监管机构就开始进行频谱管理，不管是个人还是政府的监管机构都是如此。因此，需要一个环中人（person-in-the-loop）进行指导。具有感知周围环境、通过调整增强其性能和网络性能的无线电促成了从手动监督处理到自动面向设备处理的转变。该功能通过降低新设备和业务的频谱接入障碍，提供了更高的频谱使用效率。它还具有从根本上改变开发政策来满足这些新的频谱使用方式的潜力，能够从根本上改变频谱政策制定者和监管者的角色。
本章2.2节讨论促进认知无线电技术发展的各个方面。2.3节讨论频谱接入和认知无线电需要的取决于频谱活动的密集度和使用类型的各种各样政策。2.4节讨论基于政策的频谱 管理方法下设备开发者的挑战。2.5节讨论了监管者在基于政策运行的无线电和网络中管理频谱政策的挑战。2.6节讨论了基于政策的认知无线电的全球关注的兴趣和相关活动。最后2.7节对本章主要问题进行了总结。
2.2 认知无线电的使能技术
宽带功率放大器、合成器和模数转换器（ADC）的发展提供了一类新的无线电：软件定义无线电（SDR）、软件无线电和认知无线电。虽然处于早期的发展阶段，但这类新的无线电展示了技术政策新的可能性及其潜在缺陷。认知无线电提供的灵活性使无线电操作更具动态性。这种灵活性也导致了由于误用带来的鉴权和相应责任等挑战。
从软件无线电到认知无线电_走向终极无线电_无线通信发展展望_杨小牛
第1期2008年2月中国电子科学研究院学报JournalofCAEITVol.3No.1Feb.2008 收稿日期:2007-10-14 修订日期:2007-11-15综 述
从软件无线电到认知无线电,走向终极无线电
———无线通信发展展望
杨小牛
(中国电子科技集团公司第36研究所,浙江嘉兴 314033)
摘 要:介绍软件无线电三种基本结构及认知无线电基本概念的基础上,提出了基于电子侦察原理
的一种新的认知无线电实现架构及其对应的认知循环过程。同时,针对认知无线电存在的问题,提出了基于盲源分离的认知无线电———终极无线电(ultimateradio)的新概念,并对其实现的可行性
进行了初步的分析讨论。
关键词:软件无线电;认知无线电;终极无线电中图分类号:TN91 文献标识码:A 文章编号:1673-5692(2008)01-001-07
SoftwareRadio,CognitiveRadioandUltimateRadio
—AProspectofWirelessCommunication
YANGXiao-niu(The36thResearchInstituteofCETC,ZhejiangJiaxing314033,China)
Abstract:Throughareviewandoutlookofthreebasicstructuresofsoftwareradio(SR)proposedbythe
authorandthefundamentalconceptofCognitiveRadio(CR),thepaperpresentsanewframeworkofCRanditscorrespondingcognitivecyclebasedontheprincipleofelectronicreconnaissance.Furthermore,
facedwiththeexistingproblemsofCR,theauthorputsforwardanewconceptofSR-UltimateRadio
Zigbee无线通信研究背景及技术现状
Zigbee无线通信研究背景及技术现状
Zigbee无线通信研究背景及技术现状 1研究背景........................................................................................................................................ 1
2 ZigBee技术研究现状 ................................................................................................................... 2
1研究背景
如今，近距离无线通讯技术在人们的生活中扮演着越来越重要的角色。蓝牙(Bluetooth)，ZigBee，Wi-Fi，无线USB等竞争激烈，各有千秋。但随着通讯设备的复杂度，功耗以及系统成本的增加，相对于其他无线通讯技术，ZigBee的低成本，低功耗等诸多优势在其激烈的竞争中脱颖而出。
ZigBee一词源自蜜蜂群发现花粉位置时，通过跳ZigZag舞蹈来告知同伴，达到交换信息的目的。可以说是小动物通过简捷的方式实现“无线”通讯。人们借此称呼一种专注于低功耗，低成本，低复杂度，低速率的近程无线通讯技术。这种低速率无线通讯技术更贴近人们的日常生活，可以满足工业、家居、医学等用途的低成本和低功耗需求。
信息化时代的到来，人们对网络通信技术的要求越来越高。传统的数字化设备的有线连接给人们的灵便生活带来诸多不便。发展无限网络技术，将设备从有线连接的束缚中解脱出来，方便人们的使用，已经成为一种趋势，将无线技术运用到智能车设计中，从而使汽车轻松实现无线数据传输、语言通讯、目标跟踪、自动报警等功能已经是必然的趋势，但传统的无线技术大多成本高、结构复杂，不利于无线技术的推广。近几年来，一些公司和标准化组织就开始在探寻在不同领域的无线网络连接技术。并且开发出一系列技术标准。如红外、蓝牙(Bluetooth)、Wi-Fi(IEEE 802.11b)、家用射频等。无线传感器网络技术的研究热潮掀起了一场后PC时代的革命。WSNs(无线传感网路)作为综合了传感器、嵌人式计算及无线通信等三大技术的新兴领域，可以实现人与自然物以及物与物对话的无处不在的通信、计算和处理。同时无线传感网络针对不同的应用对象体现了很强的适应性和灵活性，这也使得无线传感网络能得到广泛的应用。
认知无线电体系结构分析
认知无线电体系结构分析
认知无线电是一种新生的无线通信技术，它在频谱管理、网络优化等方面有着广泛的应用。为了更好地实现认知无线电通信，需要建立合理的认知无线电体系结构。本文将从多个方面进行分析，为读者呈现认知无线电体系结构。
一、认知无线电的定义和特点
认知无线电是指一类能够自主建立模型、利用地理信息和环境关键指标，自动或半自动感知和操作无线电频谱的系统的技术。它具有动态频谱分配和利用的能力，能够有效地提高无线电频谱利用率、提升通信性能，优化用户体验，是无线电通信的一种重要技术。
二、认知无线电的体系结构
认知无线电体系结构主要分为网络体系结构、射频体系结构、通信协议体系结构。
1. 网络体系结构
认知无线电网络体系结构是指由认知无线电通信设备、认知控制器、认知网关节点和认知管理服务器等组成的网络结构。其主要功能是通过自主感知、分析和决策无线电环境，实现频谱监测、动态频谱分配和网络管理等任务。
2. 射频体系结构
认知无线电射频系统主要包括软件定义的无线电设备、DAA-PCB电路板和射频前端等元件。这些元件协调工作，使得无线电设备具有高度的智能化完成频谱感知、数据处理、通信控制。
3. 通信协议体系结构
认知无线电通信协议体系结构是实现认知无线电通信所必需的协议总称，本质上是在数据链路层之上，对认知无线电设备所提供的通信服务的控制，使用其设备优化频谱利用。该部分主要涉及到物理层、数据链路层、网络层，需要确保不同节点间的信息交流顺畅、安全可靠。
三、认知无线电体系结构分析
认知无线电体系结构是一种比较复杂的分布式结构体系，其设计需要考虑众多因素，一些主要方面如下：
1.取决于射频前端设计的电路过程，越复杂有更好的效果，同时需要考虑成本限制。
2. 系统中大量节点间的互相操作请求，数据必须很好地调配以提高信道使用率。
3. 必须要有高精度的感知与反应，以满足对频谱使用状态的无缝控制。
4. 系统需要优化节点的选择算法以实现快速定位，这对连通性和频谱效果有很大的影响。
无线电关键技术的应用研究现状
动力与电气工程 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 。 ２ ０。１ ３ ＮＯ ．。１ ６，ｌｊ｛圆
无线电关键技术的应用研究现状①
李玲
（云南省无线电监测中心 云南昆明 ６５０２２８）
摘要：无线电是一个智能电网系统，其主要用于无线通信。提供给用户高容量的服务，主要是通过非静态下的频谱接入，还有改善当下
的一些低效频谱应用的模式。本文结合无线电中多项关键技术，并且探讨了无线电发展需要关注的难点问题。 关键词：无线电 频谱检测 关键技术 应用现状 中图分类号：ＴＮ９２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－３７９１（２０１３）０６（ａ）一０１０３—０１
因为无线通信频谱有限，而且宝贵，并
且这种资源在日益匮乏。同时承受着传统
的频谱机制的巨大压力。在这种情况下，使
得无线频谱在分配和利用上产生了突出矛
盾。无线电技术的进一步开发，带来的是时
间和空间上的充分利用无限频谱的资源，
通过这一系列的措施，改变频谱现在的利
用状况。
１无线电体系结构
无线电是一个智能电网系统，其主要
用于无线通信。它是伴随着软件无线电的
发展基础上发展的。其主要是利用先进的
人工智能技术，时刻感应外界环境，并通过
实时改变某些操作参数，从环境内部状态
中感应并接到无线信号，同时进行统计性
变化，从而达到随时随地对可靠的通信和
对频谱资源的有效利用。
１．１无线频谱探测
认知无线电的核心是检测空洞，确定
空洞的频谱。在侦听频谱时必须做到其真
实性，连续性以及准确性。在发现频谱空洞
时，必须要利用特定的技术进行处理，并且
在所有处理过程中，不能影响到所有的通
信系统，尽力保护相对应的用户的安全信
息。
１．２无线信道估计
差分检测与导频传输，是传统的信道
状态估计的两种方式。无线电技术的信道
处于什么状态，还有无线信道的容量到底
有多少的一个预测，在这些前提下，了解到
无线信道的可利用率是多少。如此做法的
前提是，必须根据无线频谱分析的结果来
基于认知无线电的电台架构研究
软件２０１１年第３２卷第５期 Ｓｏｆｔｗａｒｅ 国际ＩＴ传媒品牌 基于认知无线电的电台架构研究 张剑锋 （杭州电 科技大学通信工程学院，杭州３１００１８） 摘要：本文首先阐述了认知无线电技术的基本概念和原理，回顾了认知无线电技术的发展历程，介绍了该技术的研究现状；然 后，结合现代战场通信的需求，对认知无线电技术在军事通信上的应用前景做了简要分析；在此基础上，参考软件通信体系结构，提 出了一种基于认知无线电的电台体系架构，给出了其软硬件组成，并对各部分的功能做了简要的说明。 关键词：认知无线电；软件通信体系结构；认知引擎；战术电台 中图分类号：ＴＮ９２４ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３—６９７０．２０１１．０５．０１６ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ Ｒａｄｉｏ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ—ｆｅｎｇ （ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｎｇｚｈｏｕＤｉａｎｚｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，３１００１８） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｆｉｒｓｔ ｅｘｐｏｕｎｄｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆＣｏｇｎｉｔｉｖｅ Ｒａｄｉｏ（ＣＲ），ｒｅｖｉｅｗｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｃｏｕｒｓｅ ｏｆＣｏｇｎｉ— ｔｉｖｅ Ｒａｄｉｏ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｆｏｒ Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ Ｒａｄｉｏ．Ｔｈｅｎ ｃｏｎｃｉｓｅｌｙ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｆｏｒ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｂａｓｌｅ－ ｆｉｅｌｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｓｕｇｇｅｓｔｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ Ｒａｄｉｏ，ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｉｔ’Ｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｂｒｉｅｆｌｙ ｅｘｐｌａｉｎｓ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｃｈ ｐａｒｔ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ Ｒａｄｉｏ；ＳＣＡ；Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅ；Ｔａｃｔｉｃａｌ Ｒａｄｉｏ ０引 言 随着信息技术的不断发展，军事、民用、商业对通信要求也 在不断提高，新的通信设备和通信手段不断出现，而目前采用 的主要还是基于授权的静态频带分配的方法，这就使得常用的 无线频带越来越拥挤，频谱资源已经成为一种紧缺资源。而过 于拥挤的通信频带，带来的就是设备通信能力的直线下降。因 此，如何解决因频带拥挤带来的通信能力下降的问题，已经成 为一种迫在眉睫的需求。 认知无线电技术（Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ Ｒａｄｉｏ，ＣＲ）Ｉｌｌ是解决上述问 题的有效方法之一，它是一种新的智能无线通信技术，通过感 知周围环境的频率、时间和空间等特征，对环境、信道条件、网 络协议、用户需求以及设备本身的内部情况进行推理，根据推 理结果实时调整传输参数，以保证信息的可靠快速传输。 本文结合认知无线电的技术特点以及战场通信的实际需 求，给出了一种基于认知无线电技术的战术电台架构，对其软 硬件组成及功能做了简要分析。 １ 认知无线电技术的概念及发展 上世纪９０年代早期，Ｊ．Ｍｉｔｏｌａ提出了软件无线电 （Ｓｏｆｔｗａｒｅ ＤｅｆｉｎｅｄＲａｄｉｏｓ，ＳＤＲ）的概念。软件无线电的核心 思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ变换 器，将尽可能多的无线电台的功能用软件定义。它的出现使通 信终端大大减小对硬件的要求，可以使相同的终端在不同的通 信系统中使用。在２０００年的论文中，Ｍｉｔｏｌａ将软件无线电的 概念进一步拓展，提出了认知无线电（ＣＲ）的概念。认知无线 电可以感知周围电磁环境，并实时调整传输参数，使通信系统 的无线电参数不仅与规则相适应，而且能与环境相匹配，以达 到无论何时何地都能达到通信系统的高可靠性和频谱利用的 高效性。也就是说，ＳＤＲ关注的是采用软件方式实现无线电系 统信号的处理；而ＣＲ强调的是无线系统能够感知操作环境的 变化，并据此调整系统工作参数，实现最佳适配。从这个意义 上讲，ＣＲ是更高层的概念，不仅包括信号处理，还包括根据相 应的任务、政策、规则和目标进行推理和规划的高层活动。所 以，认知无线电是智能化的软件无线电 。 此后，不同的机构和学者从不同的角度给出了ＣＲ的定 义，其中比较有代表性的包括美国联邦通信委员会（ＦＣＣ）和著 名学者Ｓｉｍｏｎ Ｈａｙｋｉｎ教授的定义。ＦＣＣ认为：“ＣＲ是能够 基于对其工作环境的交互改变发射机参数的无线电”。Ｓｉｍｏｎ Ｈａｙｋｉｎ则从信号处理的角度出发，认为：“ＣＲ是一个智能无线 通信系统。它能够感知外界环境，并使用人工智能技术从环境 中学习，通过实时改变某些操作参数（比如传输功率、载波频率 和调制技术等），使其内部状态适应接收到的无线信号的统计 性变化，以达到以下目的：任何时间任何地点的高度可靠通信； 作者简介：张剑锋，杭州电子科技大学通信工程学院工程硕士，南京熊猫汉达科技有限公司研发部工程师 ・ ５６ ・
USRP应用
1 一。认知无线电（动态地在授权频谱中寻找频谱空洞并进行使用的方法，有效地缓解了频谱资源紧张与无线通信频谱需求之间的矛盾.无线用户利用该技术可以智能地感知周围环境,搜索可用频谱资源，并进行动态的频谱接入，从而提高通信系统的容量和频谱利用率。）
1。 认知无线通信系统
1)认知无线通信系统方案设计和基于USRP的实现
目的:设计一个能够不需要频谱授权并独立工作的认知无线通信系统，通过对频谱的精确探测和有效管理,实现对频谱资源的高效利用.
对认知无线电的应用进行了研究，设计了认知无线通信系统的具体解决方案。在解决方案的基础上,利用USRP/GNU Radio/Python软件无线电平台对系统内的重要节点进行了实现。
郑永兴。 认知无线通信系统方案设计和基于USRP的实现 [D]。 西安电子科技大学. 2011
2）基于USRP的认知无线电系统设计和实现
主要研究基于GNU Radio和USRP实现的认知无线电通信系统，计了具体的认知无线通信系统方案。并以此方案作为基础，利用USRP和GNU Radio软件无线电平台对该系统方案进行了实现，为认知无线电技术理论提供了一个可实际测试和验证的平台。
白雄文。 基于USRP的认知无线电系统设计和实现 [D］。 西安电子科技大学. 2012
3）基于USRP2的认知无线电系统设计与实现
介绍了认知无线电研究的现状及软件无线电的体系结构，设计了一套完整的认知无线电系统方案,包括网络结构、工作流程、模块设计、用户状态机。根据设计方案,采用USRP2（Universal Software Radio Peripheral）软件无线电平台与PC实现了一个认知无线电系统,包括无线通信发射和接收模块、频谱检测中的能量检测技术、频谱分配、频谱协商、链路连接、IP业务、语音业务、链路中断恢复等.
尧炜。 基于USRP2的认知无线电系统设计与实现 ［D]。 北京邮电大学。2011
认知无线电网络的建模与设计
认知无线电网络的建模与设计
随着信息技术的快速发展，无线电网络已成为人们日常生活和工业生产中不可或缺的组成部分。然而，随着无线电网络规模的不断扩大，无线电网络的建模和设计也变得越来越复杂。因此，对认知无线电网络的建模和设计进行研究和探索，已成为当前的热点问题。
一、认知无线电网络的定义和特点
认知无线电网络是一种智能无线电通信系统，其特点是具备学习和自适应的能力。这种无线电网络通过接收和处理环境数据和信道数据，从而对无线电频谱进行分析和预测。它能够根据当前的网络环境，自主选择最佳的信道和传输方案，以最大化无线电频谱的利用率和网络的传输效率。
二、认知无线电网络的建模
1.体系结构层面的建模：认知无线电网络的体系结构层次分为硬件层、软件层和智能层。在建模过程中，需要对每一层的功能、接口以及层之间的联系和交互进行详细描述。这有助于实现认知无线电网络的模块化设计和高效协作。
2.信号处理层面的建模：信号处理是认知无线电网络的核心技术之一。在建模过程中，需要详细描述信号处理的流程、算法和参数。同时，应充分考虑信号处理与其他模块的交互和影响，保证整个系统的正常运作。
3.学习算法的建模：认知无线电网络的学习算法是其智能化的关键。在建模过程中，需要对学习算法的理论和实现进行详细描述，包括训练数据的选取和处理、模型选择和参数调整等。需要充分考虑学习算法的迭代次数、收敛速度和准确率等指标。
三、认知无线电网络的设计
1.信道分配方案的设计：认知无线电网络的信道分配方案是实现其频谱利用效率的核心问题。在设计过程中，需要充分考虑信道状态、传输带宽和网络负载等因素，以设计出最优的信道分配方案。
2.动态参数的调整设计：认知无线电网络的智能特性决定了其参数需要动态调整。在设计过程中，应充分考虑数据的实时性，通过学习算法和环境监测，实现参数的自适应和优化。
3.系统性能的评估和优化设计：在设计过程中，需要对认知无线电网络的传输效率、信道利用率、网络延迟等关键性能指标进行评估和优化。这有助于提高系统的整体性能和用户体验。