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认知无线电技术 目录 背景 基本原理 关键技术 应用前景 研究现状 未来发展方向 背景 传统上，由于固定的频谱分配政策，大多数有用频谱已分配给授权用户。下面是美国国家电信与信息管理局（NTIA）的频谱分配图： 背景 1GHz以下频率划分现状 目前全球1GHz以下已经分配殆尽 无线蜂窝移动通信系统：825-835MHz和870-960MHz频段； 其余主要分配给对讲机业务和电视广播业务。 ★ 无线电通信频谱资源是一种宝贵的自然资源，由于无线通信业务需求的快速增长，可分配的频谱资源变得越来越稀缺。 背景 现代频谱需求 移动通信宽带化 物联网 感知网 RFID …… 背景 在频谱资源紧张的情况下，美国FCC对频谱资源使用情况进行了调查，发现一些授权频段在时间和空间上存在不同程度的闲置。频谱的利用情况极不平衡。 背景 由于大部分的频谱资源均被用来做授权频段使用，且相当数量的授权频谱资源的利用率却非常低。 如何提高频谱的多维度利用率，即在不同地区的不同时间段里有效地利用不同的空闲频谱，成为无线通信领域非常关注的技术问题。 背景 1999年Joseph Mitola 提出了认知无线电CR（Cognitive Radio）技术 核心：频谱准入政策允许授权频段在闲置时被其他业务用户接入——动态频谱分配政策 目录 背景 基本原理 关键技术 应用前景 研究现状 未来发展方向 什么是CR？ 认知无线电技术定义（ITU-R ） “Cognitive radio (CR) is a radio system employing technology that allows the system to obtain knowledge of its operational and geographical environment, established policies and its internal state; to dynamically and autonomously adjust its operational parameters and protocols according to its obtained knowledge in order to achieve predefined objectives; and to learn from the results obtained.” 允许系统获取周围的工作和地理环境信息、已建立的通信策略及其内部状态；依据获取的信息，动态的和自主的调整工作参数和协议来实现预定的目标；并从获取的结果来自我学习。 CR的基本特征： 从概念上，CR应该具备以下2个主要特征: 1）认知能力 2）重构能力 1）认知能力 认知能力使CR能够从其工作的无线环境中捕获或者感知信息，从而可以标识特定时间和空间的未使用频谱资源(也称为频谱空洞)，并选择最适当的频谱和工作参数。这一过程用认知环来表示如下： 认知能力 包括3个主要的步骤： ① 频谱感知：是监测可用频段，检测频谱空洞； ② 频谱分析：估计频谱感知获取的频谱空洞的特性； ③ 频谱判决：根据频谱空洞的特性和用户需求选择合适的频段传输数据。 2) 重构能力 重构能力使得CR设备可以根据无线环境动态编程, 从而允许CR设备采用不同的无线传输技术收发数据。 可以重构的参数包括: 工作频率、调制方式、 发射功率和通信协议等。 核心思想：在不对频谱授权用户(PU)产生有害干扰的前提下, 利用授权系统的空闲频谱提供可靠的通信服务。 重构能力 一旦该频段被PU使用, CR有2种应对方式: 一是切换到其它空闲频段通信; 二是继续使用该频段, 但改变发射统率或者调制方案避免对PU的有害干扰。 与软件无线电的关系 为了便于理解CR的基本原理, 有必要将CR与软件无线电(SDR)进行区分 。 一个无线电设备可以称为SDR的基本前提是：部分或者全部基带或RF信号处理通过使用数字信号处理软件完成; 这些软件可以在出厂后修改。 SDR关注的是无线电系统信号处理的实现方式； CR是指无线系统能够感知操作环境的变化, 并据此调整系统工作参数。CR是更高层的概念, 不仅包括信号处理, 还包括根据相应的任务、政策、 规则和目标进行推理和规划的高层功能。 目录 背景 基本概念 关键技术 应用前景 研究现状 未来发展方向 关键技术 频谱感知 动态频谱管理 功率控制等 （1）频谱感知技术 频谱感知技术是CR应用的基础和前提。 功能：识别频谱空洞、检测授权用户出现。 分类：单节点感知和协作感知。 单节点感知：单个CR节点