浅析无线智能认知技术

    杨德保

    

    

    摘 要：文章简要阐述了无线智能认知技术的概念、原理及其主要技术。就当前大数据时代无线用户海量增加与频谱资源日趋紧张的矛盾，用无线知能认知技术分析了如何充分提高无线数据传输设备发现频谱空洞和提高频谱利用的能力。

    关键词：频谱；频谱空洞；香农信道理论；信道带带；信道容量；软件无线电

    1 引言

    随着无线通信技术的日臻完善，保密、可靠、抗干扰等性能得到了很好的解决，同时无线通信有着有线通信不可比拟的优势，无线通信越来越受人们的青睐。目前无线通信已从个人通信领域进入公司企业、政府日常办公系统，如移动办公、无线视频会议等信息传输系统。随着无线用户的海量增加和大数据的传输需要，对信道容量和带宽求越来越高。因此频谱资源变得日益紧张，成为制约无线通信发展的新瓶颈。根据香农信息论关于信息道容量公式，信道带宽和信噪比是一对矛盾的关系，因此不可能无限地增加带宽来提高信道容量。为此人们提出采用无线智能认知（简称CR）技术，通过从时间和空间上充分利用现有信道资源，从而可以缓解上述难题。

    无线智能认知技术是一种新的智能无线通信。它以硬件为平台，软件为核心，通过扫描周围环境的当前信道状态，感知当前信道特征和网络基本参数，然后根据这些状态参数进行自适应响应。从而可大提高信息资源的利用水平。

    2 无线智能认知技术的概念与特征

    2.1 概念

    无线智能认知技术是无线智能通信系统关键技术。其所构成的系统具有感知周边电磁环境，并具有从中学习和响应的能力，如动态改变信号特征参数，如发射功率、调制参数和调制方式等，以便确保随时、随地的可靠信息传输和对信息资源的高效利用。

    2.2 无线智能认知技术的主要特征是认知能力和重组能力

    2.2.1 认知能力

    认知能力使CR系统能够从其所在的周边环境中获得学习信息，从而确定其所在时间和空间中没有使用的空闭信道资源。这一过程通常如图1所示。

    2.2.2 重组能力

    重组能力核心是在不对现有正在工作的信道和用户产生干扰或中断前提下，利用系统的空闲传输资源提供可靠的通信服务。一旦该信道被授权用户使用，CR将切换到其它空闲频段通信；或是继续使用该频段，但改变传输方案避免对授权用户的有害干扰。

    3 CR技术系统的关键技术

    智能无线认知系统的突出优点是无需专门授权就可以工作在已授权用户的工作频段上，以实现“闲置”频谱信道的高效利用。要完成这一目标主要是通过系统学习、检测、分析、推理和自我调整等功能来实现。主要包括工作温度的检测和设定、动态参数的分配、信号功率调整等，通用的CR收发信机结构如图2所示。

    3.1 宽带射频前端技术

    为了提高宽带频谱感知能力，CR的高频收发信机必需工作在宽频带范围内的任意信道，如图3所示。

    3.2 频谱感知技术

    频谱感知技术是CR技术应用的基础和前提。由于这些方法各有优缺点，实际应用时通常结合使用，可以产生良好的效果，如图4所示。

    4 认知无线电的发展现状与趋势

    当前，认知无线电技术已经得到了学术界和产业界的广泛关注。很多著名学者和研究机构都投入到认知无线电相关技术的研究中，启动了很多针对认知无线电的重要研究项目。

    国际电信联盟（ITU）已把认知无线电和软件无线电技术的相关研究列入下届世界无线电通信大会的议题之一。无线电频率管理部门、无线电技术研发机构、无线电频率用户应协作攻关，找到无线电技术的可持续发展之路。

    5 结语

    认知无线电的提出，解决了移动用户海量增长的趋势与有限频谱资源之间的矛盾，是未来无线信息传输系统的发展方向。

    [参考文献]

    [1]周小飞，张宏纲.认知无线电原理及应用[M].北京：北京邮电大学出版社，2007.

    [2]李连宝.认知无线电的关键技术研究[J].通信技术，2012（6）.

    [3]邱晶.基于认知无线电技术动态频谱接入[J].移动通信，2008（9）.

    [4]郭彩丽，张天魁.认知无线技术的国内外发展和研究状态[J].现代电信科技，2012（6）.