感知无线电：频谱共享更智能

-北京邮电大学 朱振华

　　1999年JosephMitola在软件无线电的基础上提出了感知无线电(Cogni-tiveRadio，CR)的概念，为这个问题提供了解决方法。墨尔本的Adapt4LLC公司在2006年2月份宣布已开发出世界最早的商用CR系统XG1，该系统取得美国FCC的认证，可以在一些授权频段未使用的情况下使用该频段进行通信。 
 
　　感知无线电是以软件无线电为扩展平台的一种新的智能无线通信技术，它可以感知到周围的环境特征，并自动调整其设备的一些发射和接收参数。具有感知能力的设备能够在时域、频域和空域多维空间，对较宽的频段不断地进行频谱侦听，能够侦测到这些频段内主用户，从而能得知频谱的使用情况。即使是未获得频率使用许可的感知设备，只要在时域或空域发现某一特定频段未被占用，就可以使用该频段进行通信。整个过程可以通过“侦听—感知—自适应”的循环来表示。

　　频谱侦测

　　感知无线电技术要能够实时侦听较宽的频谱，以发现“频谱空洞”(即该频段内主用户未占用的频谱)。同时为了不对主用户造成有害干扰，感知用户在通信过程中，需能够快速检测到主用户的再次出现，以便及时腾出带宽给主用户使用。这就需要物理层具有一种新的功能——频谱侦测功能。

　　动态频谱分配

　　目前对感知无线电的频谱共享技术的研究主要是基于频谱池(SpectrumPooling)的策略。频谱池策略的思想是将一部分分配给不同业务的频谱合并成一个公共的频谱池，频谱池中的频谱可以是不连续的，整个频谱池又可划分为若干个子信道。感知用户可临时占用频谱池里的空闲信道。动态频谱分配要能协调和管理主用户和感知用户之间的信道接入。主要有两种策略：一种是只要频谱池有空闲的子信道，主用户就可以选择空闲信道而不中断感知用户的通信；另一种是主用户并不考虑感知用户是否占用信道，只要需要就占用信道，而感知用户必须切换到其他信道。

　　抗干扰技术

　　采用感知无线电技术实现频谱共享的前提是必须保证对主用户不造成干扰。感知无线电里的抗干扰技术主要有干扰估测和功率控制技术。在感知无线电系统中，引入了干扰温度这一度量标准来估测干扰的大小。在CR系统中，发射功率受到给定干扰温度和可用频谱空洞数这两种无线网络资源的限制。到目前为止，一般采用信息论和对策论来解决功率控制的难题。

　　新的MAC层协议感知用户间需要交换一些控制和感知信息。为了满足感知用户之间的通信，需要一种新的公共控制信道来完成信令信息的传输，CR系统中的MAC协议设计就要考虑特定的控制信道的需求。

　　无线局域网实现了许多认知无线电技术，并且能够利用感知无线电来增强其安全和网络性能；基于MIMO-OFDM的CR系统也在研究当中。感知无线网络将成为具备极高频谱使用效率的未来新发展。