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近年來，在我國各個生產(chǎn)和生活領(lǐng)域中均可見到無線通信技術(shù)的身影。然而，在無線通信技術(shù)的應用規(guī)模不斷擴大的今天，分布式頻譜資源稀缺的問題越來越突出，相關(guān)研究也沒有取得突破性進展?，F(xiàn)階段，在我國通信進一步的發(fā)展過程中，無線頻譜的缺乏成為主要的限制因素。于是，認知無線電技術(shù)應運而生，并在社會范圍內(nèi)得到了廣泛關(guān)注。相較于傳統(tǒng)無線電技術(shù)，認知無線電技術(shù)的最大優(yōu)勢在于能夠有效提高頻譜利用率，解決分布式頻譜資源不足的問題[1]。在我國，認知無線電技術(shù)已被授權(quán)并分配給若干通信系統(tǒng)，但頻譜資源的利用水平仍有待提升。如何在不影響授權(quán)用戶通信的情況下，對授權(quán)系統(tǒng)所占用的空閑頻段進行有效利用，并以該方式全面提升系統(tǒng)頻譜資源的使用效率，成為認知無線電技術(shù)面對的首要問題。我國對認知無線電技術(shù)的研究情況主要集中在自適應傳輸技術(shù)。當前，認知無線電系統(tǒng)具備的自適應傳輸技術(shù)已經(jīng)基本實現(xiàn)，可根據(jù)環(huán)境變化動態(tài)調(diào)整傳輸參數(shù)。

1認知無線通信系統(tǒng)的發(fā)展

無線電技術(shù)在人類歷史上的發(fā)展時間較短，直至20世紀末，國外才有相關(guān)學者系統(tǒng)地提出這一概念，并就無線電的基本原理展開了相關(guān)闡述。此后，隨著無線電優(yōu)勢的不斷突出和在臨床實際應用中卓越價值的不斷顯現(xiàn)，越來越多的人投入無線電的研究隊伍。至此，對無線電眾多相關(guān)項目的研究拉開序幕。近年來，隨著研究的不斷深入，認知無線通信系統(tǒng)已成為當前無線電領(lǐng)域的主要研究方向。首先，相較于傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)，認知無線通信系統(tǒng)能夠全面增加系統(tǒng)中可用頻譜的數(shù)量，保證大量無線信息的傳輸，對無線傳輸技術(shù)的進步具有重要的促進作用；其次，認知無線通信系統(tǒng)的設備制造商可以為用戶生產(chǎn)新設備，在產(chǎn)品銷售過程中為設備制造商獲得利益；最后，認知無線電技術(shù)能夠為用戶提供一個有效的信息傳輸系統(tǒng)，使其工作和生活更加便利、高效。

2認知無線電關(guān)鍵技術(shù)

2.1空閑頻譜感知檢測技術(shù)?？臻e頻譜感知檢測技術(shù)即是以用戶無線環(huán)境的感知為基礎(chǔ)確定的“頻譜空調(diào)”。頻譜空調(diào)是指最初分配給授權(quán)用戶使用但功率頻帶非常低且在某些時間段內(nèi)未能被授權(quán)用戶充分使用的頻帶資源。該段頻率只包含低功率噪聲干擾的授權(quán)用戶信號或者與低功率噪聲干擾相似的授權(quán)用戶信號，頻帶內(nèi)部往往存在大量的空白區(qū)域，而空白區(qū)域的形成為系統(tǒng)使用頻譜資源提供了更多可能[2]?？臻e頻譜感知檢測技術(shù)即充分利用此空白區(qū)域，對用戶頻帶資源使用情況進行分析和辨別，并以此為基礎(chǔ)選擇頻譜通信，有效實現(xiàn)頻譜資源的共享且不影響用戶正常通信。目前，我國常用頻譜檢測方法主要包括匹配濾波器的檢測、能量的檢測以及循環(huán)平穩(wěn)的檢測三類。（1）匹配濾波器的檢測。實質(zhì)上，匹配濾波器為線性最佳濾波器，具有最大的輸出信噪比，在信號檢測中起著重要作用。匹配濾波器的檢測屬于相干檢測中的一類。理論和實踐經(jīng)驗證實，它可用于判斷系統(tǒng)中是否存在信號，并把握最佳時機輸出最大信噪比，顯著提高信號檢測的準確性。另外，匹配濾波器也是輸出SNR的最大濾波器，在信號檢測方面有較大優(yōu)勢，具有檢測準確、快速的特點。匹配濾波器也有不足，如它對授權(quán)用戶的先驗信息依賴較大，若用戶的先驗信息不準確，則檢測結(jié)果的準確性和可靠性大大降低。此外，匹配濾波器的使用限制較多，在對不同類型的授權(quán)用戶進行檢測時，往往需要匹配特殊的接收器，導致可操作性低、應用推廣難度大，使用進一步受限[3]。（2）能量的檢測。在沒有任何發(fā)端信息的背景下，能量檢測方法是僅次于匹配濾波器檢測的方法，屬于信號的非相關(guān)檢測。相較于匹配濾波器檢測，我國對于能量檢測技術(shù)的研究更加成熟。當接收器無法從主用戶信號獲得足夠信息時，能量檢測便成為系統(tǒng)檢測的首選方式。檢測步驟如下。首先，在帶通濾波器中接收由接收機發(fā)出的信號，然后以接收到的實際數(shù)據(jù)為依據(jù)，計算濾波器輸出信號的平方值，進而將平方值與信號觀察時間相結(jié)合，計算出積分。其次，將計算值與預定閾值進行比較，判斷系統(tǒng)中是否存在信號。使用能量檢測方法的頻譜感測存在的主要問題是難以確定閾值，因為閾值取決于噪聲功率。在實際的系統(tǒng)運行過程中，噪聲功率會在各種因素的影響下不斷發(fā)生改變。檢測過程中，門限設置太高會造成部分授權(quán)用戶信息遺漏，給授權(quán)用戶的系統(tǒng)使用安全性與穩(wěn)定性帶來不利影響。門限值設置太低，會導致頻譜利用率降低，不利于檢測效率和效益的提升[4]。此外，能量檢測器只能判斷是否存在信號，不能識別信號，容易在未知信號影響下得出錯誤的檢測結(jié)果。（3）循環(huán)平穩(wěn)的檢測。當信噪比較低時，能量檢測器無法有效區(qū)分信號和噪聲，導致上述兩種檢測方法失效。此時，循環(huán)平穩(wěn)檢測的價值得以顯現(xiàn)。在大多數(shù)無線通信應用中，信號通常來自人工周期性信號調(diào)制，一般包含循環(huán)平穩(wěn)的特性。受此影響，信號的檢測和估計參數(shù)可以通過計算信號的循環(huán)譜密度來執(zhí)行。首先，對基帶信號進行N點FFT變換，得到功率譜密度。其次，檢測特征值與擴頻信號[5]。循環(huán)平穩(wěn)的檢測也有檢測計算量大和檢測等待時間長的不足。此外，在某些情況下，該檢測方法會影響授權(quán)用戶的通信。通常，檢測算法只在某一個認知用戶中完成。授權(quán)用戶的信號不僅覆蓋范圍廣，還具有路徑多的特點。在這樣的背景下，單一的檢測可能無法對用戶實際系統(tǒng)使用情況與接收到的信號進行準確判斷，造成檢測結(jié)果出錯。對此類問題，可通過合作檢測方式進行避免[6]。2.2頻譜共享技術(shù)。在認知無線電網(wǎng)絡，如何實現(xiàn)頻譜資源的共享是空閑頻譜應用中需要解決的主要問題。只有有效使用頻譜資源且同時不影響授權(quán)用戶，才能真正體現(xiàn)頻譜共享技術(shù)的優(yōu)勢與價值[7]。目前，我國關(guān)于頻譜共享技術(shù)的研究主要集中在動態(tài)的頻譜分配。對它進行具體分析可從以下三個方面入手。第一，基于網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的頻譜共享技術(shù)。該方案主要針對集中式解決方案。在此解決方案中，頻譜的分配與用戶接入過程由一個集中單元控制，同時該控制單元負責對網(wǎng)絡中所有節(jié)點檢測到的頻譜信息進行控制與管理，并在對信息進行分析整理的基礎(chǔ)上制作頻譜分配映射圖。由于頻譜分配策略是由所有分布式節(jié)點參與制定的，在該模式下節(jié)點本身將直接決定頻譜訪問。第二，基于對頻譜進行分配的頻譜共享技術(shù)。該方案的研究內(nèi)容主要是單用戶通信與其他用戶通信之間的關(guān)系。方案中的所有節(jié)點從共享感知中獲得信息，而獲得的信息將被用作頻譜分配計算的參考指標[8]。第三，基于接入技術(shù)的頻譜共享技術(shù)。Overlay技術(shù)中，認知節(jié)點可使用未經(jīng)授權(quán)用戶的系統(tǒng)來訪問某些網(wǎng)絡。該技術(shù)能夠最大限度地減少對授權(quán)用戶造成的影響。此外，Underlay技術(shù)中，可利用擴頻技術(shù)在蜂窩網(wǎng)絡獲取頻譜分配圖，能夠有效處理授權(quán)用戶認知節(jié)點傳輸信號的噪聲，相比于Overlay方案，能夠有效利用增加的帶寬。

3結(jié)論

當前，我國對于無線信息通信技術(shù)的研究已較為成熟。在各類無線電通信技術(shù)中，認知無線通信系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)是無線電研究的主要內(nèi)容，也是無線電未來發(fā)展的重要趨勢。隨著無線電技術(shù)在我國的不斷發(fā)展、進步以及應用范圍的擴大，無線電的科技研究內(nèi)容逐漸復雜化。為保證無線電系統(tǒng)中各項傳輸技術(shù)的可靠性與安全性，確保有效發(fā)揮各種無線電技術(shù)的獨特優(yōu)勢，在具體研究過程中，相關(guān)人員應當樹立嚴謹?shù)难芯恳庾R，結(jié)合社會發(fā)展現(xiàn)狀，不斷拓展研究內(nèi)容，為我國無線通信傳輸技術(shù)的長期發(fā)展保駕護航。

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作者:葉春生 單位:中通服建設有限公司