认知无线电技术介绍

认知网络课程学习报告题目：认知无线电技术简介目录1、认知无线电简介………………………………………………………………………………………………………….-1-1.1技术产生背景...............................................................................................................-1-1.2基本理念和平台结构....................................................................................................-2-1.3认知无线电的发展及研究现状....................................................................................-3-2、认知网络关键技术.................................................................................................................-4-2.1频谱检测技术................................................................................................................-4-2.2自适应频谱资源分配技术...........................................................................................-5-2.3认知无线电下的频谱管理............................................................................................-5-3、认知无线电的标准化.............................................................................................................-6-4、认知无线电的应用场景.........................................................................................................-7-5、结语.........................................................................................................................................-9-参考文献....................................................................................................................................-10-摘要认知无线电是一种可以感知外界通信环境的智能通信技术，它能够通过对外部环境的理解与学习，实时调整通信网络内部配置，智能地适应外部环境的变化。认知无线电展示了管理复杂网络的新方向，它试图将人工智相关技术引入到网络中，使网络具有自管理、自学习、自优化的能力，从而真正实现网络的可控制、可管理、可信任。同时，它更加注重应用端到端的目标，能明显改善网络QoS和用户的业务体验。文章从认知无线电的基本概念出发，阐述了认知无线电的基本特征和系统平台结构、发展及研究现状，包括涉及的一些关键技术以及应用领域的相关介绍。关键词：认知无线电；基本特征；关键技术；应用AbstractAsanintelligentcommunicationsystem,Cognitiveradioispossibletoperceivetheexternalenvironment,throughwhichitlearnsfromtheenvironmentthenimplementstheadjustmentofinternalcommunicationnetworkconfigurationandintelligentlyadaptstothechangesintheexternalenvironment.Cognitiveradioshowsthenewdirectionofmanagingthecomplexnetworks,itattemptstofuserelevanttechnologiesofartificialintelligenceintothenetwork,formingabrandnewnetworkofself-management,self-learning,self-optimizing,whichcanrealizethereliabilityofnetworkcontrol,managementandtrust.Atthesametime,itfocusontheapplicationbetweengoals,whichiscapableofsignificantlyimprovingnetworkQoSanduserserviceexperience.Fromthebasicconceptsofcognitivenetwork,weexpoundedthebasiccharacteristicsofthecognitiveradio,systemimplementationframework,historyanddevelopmentofinvolvingresearchinthispaper,includingseveralkeytechnologiesandapplications.Keywords:cognitiveradio;basiccharacteristics;keytechnology;Application-1-1、认知无线电简介1.1技术产生背景及意义随着无线通信技术的飞速发展，人们可以获得的带宽不断的增加。以移动通信为例，传输速率从最早的不足10kbit/s提高到现在第四代移动通信技术可以提供100Mbit/s的数据速率，但即使如此，仍然无法满足人们对于带宽的日益增长的需求。一方面，人们不断开发新的无线通信技术，利用新的频段来提供各种业务；另外一方面，各种改进的调制和编码技术也使得现有频谱的利用效率得以提高。然而，频谱资源终究是有限的，并且变得越来越紧张。尤其是随着无线局域网(WLAN)技术、无线个人域网络(WPAN)技术的发展，越来越多的人通过这些技术以无线的方式接入互联网。这些网络技术大多使用非授权的频段(UFB)工作。由于WLAN、WRAN无线通信业务的迅猛发展，这些网络所工作的非授权频段已经渐趋饱和。而另外一些通信业务(如电视广播业务等)需要通信网络提供一定的保护，使他们免受其他通信业务的干扰。为了提供良好的保护，频率管理部门专门分配了特定的授权频段(LFB)以供特定通信业务使用。与授权频段相比，非授权频段的频谱资源要少很多。而相当数量的授权频谱资源的利用率却非常低。于是就出现了这样的事实：某些部分的频谱资源相对较少但其上承载的业务量很大，而另外一些已授权的频谱资源利用率却很低。因此，可以得出这样的结论：基于目前的频谱资源分配方法，有相当一部分频谱资源的利用率是很低的。认知无线电（CR，CognitiveRadio）技术可以说为以上问题提供了解决方向。1999年，JosephMitola在他的学术论文中首先提出了认知无线电的概念，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。认知无线电的核心思想就是使无线通信设备具有发现“频谱空洞”并合理利用的能力。认知无线电技术的兴起和发展为解决无线频谱资源紧缺的问题提供了全新的途径。它通过允许认知用户自适应地感知授权频段在时间和空间上的频谱空穴，机会式地利用空穴进行信号传输，达到提高频谱的利用率的目的。CR还使得无线通信系统可不经授权地使用传输特性更好、带宽更宽的频段，有利于平衡通信的成本和性能；同时，宽带无线通信系统通常所具有大动态范围的业务流量特性，正适合于在较宽的动态可用频段内进行机会式传输。因此，引入认知机制不仅是提高未来无线通信系统频谱利用问题的有效途径，也是技术和应用上的迫切需求。-2-1.2基本理念和平台结构认知无线电的基本出发点就是：为了提高频谱利用率，具有认知功能的无线通信设备可以按照某种“伺机(OpportunisticWay)”的方式工作在已授权的频段内。当然，这一定要建立在已授权频段没用或只有很少的通信业务在活动的情况下。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“频谱空洞”。当非授权通信用户通过“借用”的方式使用已授权的频谱资源时，必须保证他的通信不会影响到其他已授权用户的通信。要做到这一点，非授权用户必须按照一定的规则来使用所发现的“频谱空洞”，如图1.1所示。在认知无线电中，这样的规则是以某种机器可理解的形式(如XML语言)加载到通信终端上。由于这些规则可以随时根据频谱的利用情况、通信业务的负荷与分布等进行不断的调整，因此通过这些规则，频谱管理者就能以更为灵活的方式来管理宝贵的频谱资源。图1.1“频谱空穴”示意图认知无线电的物理平台的实现是以软件无线电平台为基础的，其物理平台结构与软件无线电平台结构基本相同，两者之间的比较如图1.2所示，它主要在软件无线电平台的基础上增加了感知，学习等功能，以实现其独特的认知能力。图1.2认知无线电与软件无线电物理平台结构的比较其中，无论对于软件无线电平台还是认知无线电平台，软件部分的硬件支撑都是通用硬件平台。也就是说，从图1.2可以看出，和软件无线电类似，认知无线电物理平台也主要由射频前端、数模模数转换器以及通用硬件平台3个部分组-3-成，为软件提供硬件支撑的认知无线电通用硬件平台的组成和结构与软件无线电系统的硬件平台基本类似，但除了常见通信系统所需的数字信号处理外，认知无线电还需要完成频谱感知、频谱分析、频谱判决等认知无线电特有的功能。相对软件无线电系统而言，认知无线电系统射频模块的特点就是，它需要协助系统甚至单独完成宽带频谱感知功能。这个功能要求射频模块的射频硬件具有很宽的工作频带范围，从而实现对频谱信息实时的、大范围的测量。1.3认知无线电的发展及研究现状认知无线电(CognitiveRadio,CR)的概念起源于1999年JosephMitola博士的奠基性工作，其核心思想是CR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可用频谱，并限制和降低冲突的发生。随着许多CR相关研究的展开，并在单纯通过现有的传输技术无法有效解决频谱利用效率偏低的情况下，各种新的思路应运而生，其核心都是如何有效地实现频谱的重用。该领域存在着以下两个基本的研究方向：一个研究方向是降低信号的功率谱密度来进行频谱的复用，其典型应用就是超宽带（UWB，UltraWideband）技术。另一个研究方向就是采用一种新的频谱管理技术，以达到充分利用频谱的目的。这种思路的基本出发点就是：在不影响授权频段的正常通信的基础上，具有一定感知能力的无线通信设备可以按照某种机会方式来接入授权的频段内，并动态地利用其频谱。目前，国内外认知无线电技术的研究大都集中在物理层、MAC层、网络层的功能方面，如频谱感知、功率控制、频谱共享、频谱移动性管理、认知无线电的安全技术以及认知无线电的跨层设计等技术。针对认知无线电的发展，世界各国通信专家都