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2 無線區(qū)域網(wǎng)和認(rèn)知無線電技術(shù)( 二 )

云知道


認(rèn)知無線電有多種不同的定義和概念模型以及不同的體系架構(gòu) 。Berkeley大學(xué)提出的一種認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)如圖6所示，考慮了結(jié)構(gòu)底下兩層與普通的開放系統(tǒng)互連(OSI)模型的不同之處 。該模型只考慮了波形感知、頻譜感知、網(wǎng)絡(luò)感知、狀態(tài)感知，沒有考慮到地理位置感知、本地可用業(yè)務(wù)感知、用戶需求感知、語言感知 ?？偟膩碚f，認(rèn)知無線電是一個(gè)智能的無線通信系統(tǒng)，目前對(duì)它的研究主要集中在物理層和媒體訪問控制(MAC)層 。認(rèn)知無線電能感知四周無線環(huán)境，通過對(duì)環(huán)境的理解、主動(dòng)學(xué)習(xí)以實(shí)現(xiàn)在特定的無線操作參數(shù)上(如功率、載波調(diào)制和編碼等方案)實(shí)時(shí)改變和調(diào)整內(nèi)部狀態(tài)，適應(yīng)外部無線環(huán)境的變化，達(dá)到通信系統(tǒng)性能最優(yōu)化的目的 。認(rèn)知無線電具有在不影響其他授權(quán)用戶的前提下智能地利用大量空閑頻譜并且隨時(shí)隨地提高可靠性的通信的潛能 。信號(hào)處理，人工智能、軟件無線電、頻率捷變、功率控制等技術(shù)的迅猛發(fā)展，為認(rèn)知無線電實(shí)現(xiàn)上述非凡性能提供了條件 。
近兩年國(guó)際上召開了兩個(gè)重要的有關(guān)認(rèn)知無線電技術(shù)和動(dòng)態(tài)信道分配的會(huì)議，分別是：2004年10月份在Washington召開的“Cognitive Radios Conference”，會(huì)議的主要議題包括：緊急的商業(yè)和軍事需求和機(jī)會(huì)，對(duì)于認(rèn)知無線電的頻譜政策——軍事和商業(yè)要求，從軟件定義的無線電發(fā)展到認(rèn)知無線電，用于自適應(yīng)頻譜治理的工具和技術(shù)，子系統(tǒng)的研發(fā)：智能天線、傳感器和接收機(jī)，自適應(yīng)調(diào)制和波形技術(shù)；2005年11月份召開的動(dòng)態(tài)頻譜接入(DySPAN)會(huì)議，會(huì)議的主要議題是基于認(rèn)知無線電的動(dòng)態(tài)頻譜分配和接入技術(shù)，會(huì)議發(fā)表了80多篇文章 。
2.2認(rèn)知無線電的基本功能

;從認(rèn)知無線電的定義中，我們不難發(fā)現(xiàn)6個(gè)要害字眼：感知、智能、學(xué)習(xí)、自適應(yīng)性、可靠性、效率 。認(rèn)知無線電的感知能力涵蓋了很多方面，包括波形感知、頻譜感知、網(wǎng)絡(luò)感知、地理位置感知、本地可用業(yè)務(wù)感知、用戶需求感知、語言感知、狀態(tài)感知、安全策略感知等等，其中頻譜感知是目前人們最為關(guān)注的方面 。認(rèn)知無線電最大的特點(diǎn)在于智能性，也是它與普通軟件定義無線電最大的不同 。認(rèn)知無線電是一個(gè)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的框架結(jié)構(gòu)，對(duì)于事件響應(yīng)都按照計(jì)劃、決定、實(shí)施的順序執(zhí)行 。
認(rèn)知無線電可以自動(dòng)觀察無線電環(huán)境、分析信息內(nèi)容、評(píng)估選擇、產(chǎn)生計(jì)劃、監(jiān)控服務(wù)，通過基于模型的推理來獲得特定能力 。認(rèn)知無線電還能夠從錯(cuò)誤中進(jìn)行學(xué)習(xí)，包括一些有指導(dǎo)和無指導(dǎo)的機(jī)械學(xué)習(xí)形式 。這種觀察、思考、行動(dòng)的循環(huán)的工作過程不同于今天的手機(jī)——只能在用戶設(shè)定的頻率上交換數(shù)據(jù)和執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)的指令 。
因此，認(rèn)知無線電不僅需要具備可編程性的軟件無線電平臺(tái)，還要包括強(qiáng)健的計(jì)算機(jī)模型、用戶模型、網(wǎng)絡(luò)模型和射頻傳輸環(huán)境 。
一般來說認(rèn)知無線電系統(tǒng)必須具備以下基本功能：
(1)對(duì)無線環(huán)境的場(chǎng)景分析，包括空間電磁環(huán)境中干擾溫度的估計(jì)和頻譜空穴的檢測(cè) 。
(2)信道狀態(tài)估計(jì)及其容量猜測(cè)，主要有信道狀態(tài)信息的估計(jì)、信道容量的猜測(cè) 。
(3)功率控制和動(dòng)態(tài)頻譜治理 。
認(rèn)知無線電通過空間的射頻激勵(lì)來分析電磁環(huán)境，尋找滿足干擾溫度(IT)要求的頻段，假如該頻段的信道狀況能滿足通信所要達(dá)到的要求條件，則向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送無線資源分配的請(qǐng)求，在獲取資源后，就開始啟動(dòng)通信過程 。
通信過程中，避免對(duì)正在使用信道的法定授權(quán)用戶，即主用戶(PU)，的干擾是對(duì)認(rèn)知無線電技術(shù)最基本的要求 。作為次級(jí)用戶(SU)只能利用PU未使用的頻段，一旦發(fā)現(xiàn)主用戶要使用該頻段時(shí)，認(rèn)知無線電要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)讓出該頻段而切換到其他未使用的空白頻段，這樣既避免了對(duì)主用戶產(chǎn)生干擾，也不會(huì)中斷認(rèn)知無線電的通信過程 。但認(rèn)知無線電也要避免過于頻繁地切換頻段，因?yàn)轭l繁地切換頻段會(huì)導(dǎo)致次級(jí)用戶的服務(wù)質(zhì)量(QoS)得不到保證，也降低了頻譜的利用率 。另外通過引入人工智能、信號(hào)處理等技術(shù)，未來認(rèn)知無線電的應(yīng)用將不僅僅是單純的頻譜檢測(cè)，可能會(huì)擴(kuò)展到整個(gè)系統(tǒng)性能的感知，將使得未來無線通信系統(tǒng)更加智能化、人性化 。

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