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浅析认知无线电技术

作者:时间:2012-02-19来源:网络收藏

本文通过对(CR)的概念、提出的背景、特点、原理的介绍,分析了它的若干关键,并说明了它的频谱管理思想、发展现状,最后提及了它与软件(SDR)的关系。研究认为,现阶段应把CR和SDR联系起来,待各自相对成熟后,再将SDR技术融合到CR中,实现真正意义上的CR。
[关键词] CR; 关键技术; SDR

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/155268.htm

引 言
现代社会中,无线频谱已成为不可或缺的宝贵资源。美国联邦通信委员会(FCC)的大量研究表明,一些非授权频段如工业、科学和医用频段以及用于陆地移动通信的2GHz左右的频段过于拥挤,而有些频段却经常空闲。于是人们想到,若有一种系统,它能自动感知所处的频谱环境,发现频谱空洞(暂时没有被主用户使用的频段)并利用它,就能在很大程度上提高频谱利用率。基于这种思想,人们提出了

1 概念
认知(Cognitive Radio,CR) 的概念起源于1999年Joseph Mitolo博士的奠基性工作[1]。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。

2 认知无线电特点
对环境的感知能力:此特点是CR技术成立的前提,只有在环境感知和检测的基础上,才能使用频谱资源。频谱感知的主要功能是监测一定范围的频段,检测频谱空洞。
对环境变化的学习能力、自适应性:此特点体现CR技术的智能性,在遇到主用户信号时,能尽快主动退避,在频谱空洞间自如的切换。
通信质量的高可靠性:要求系统能够实现任何时间任何地点的高度可靠通信,能够准确地判定主用户信号出现的时间、地点、频段[2]等信息,及时调整自身参数,提高通信质量。
系统功能模块的可重构性:CR设备可根据频谱环境动态编程,也可通过硬件设计,支持不同的收发技术。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。

3 认知无线电原理
认知无线电原理如图1所示,由图可看出,CR设备对周围环境感知、探测、分析,这种探测和感知是全方位的,应对地形、气象等综合信息也有所了解。由此图也可得出,CR是高智能设备,应包含一个智能收发器。有了足够的人工智能,它就能吸取过去的经验对实际情况进行响应,过去的经验包括对死区、干扰和使用模式等的了解。它的学习能力是使它从概念走向应用的真正原因。

图1:认知无线电原理图
当CR用户发现频谱空洞,使用已授权用户的频谱资源时[3],必须保证它的通信不会影响到已授权用户的通信,一旦该频段被主用户使用,CR有两种应对方式:一是切换到其它空闲频段通信;二是继续使用该频段,改变发射频率或调制方案,避免对主用户的干扰。

4 认知无线电的关键技术
4.1 频谱检测技术
频谱检测是在复杂的环境中监测出CR可以使用的频谱空隙,下图2是实际中的操作图:

图2:实际中的频谱检测图
上图中,左边部分是对所处环境的处理,掌握环境的各种信息是正确判决频谱信息的前提,如何从复杂环境中提取有用的信息,需要科研人员综合各种技术。

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