文档介绍：认知无线电技术的研究及发展
专业: 通信工程
班级: 11级专升本
学号: **********
姓名: 张亚杰
目录
第1章引言 2
第2章认知无线电的基本概念 2
第3章认知无线电的功能与实现 4
认知无线电的主要功能 4
认知无线电的实现关键 5
第4章认知无线电的标准化 7
第5章认知无线电的管制与应用情况 8
第6章未来发展与展望 9
认知无线电技术的研究及发展
【摘要】认知无线电技术作为软件无线电技术的一个特殊扩展,受到日益广泛的关注。由于该技术能够自动检测无线电环境,调整传输参数,从空间、时间、频率、调制方式等多维度共享无线频谱,可以大幅度提高频谱利用效率。本文首先从认知无线电技术的定义入手,分别讨论了认知无线电的基本概念、功能与实现、标准化的进程。然后介绍了当前应用状况,最后分析了未来的发展及面临的挑战。
第1章引言
随着无线通信技术的发展,人们可以获得的带宽不断地增加,移动通信的数据速率从10 kbit/s增长到2 Mbit/s,在不久的将来还可能提高到上百兆比特每秒。但即使如此,也无法满足人们日益增长的无线接入需求。为了缓解这一矛盾,一方面,人们不断开发新的无线接入技术,利用新的频段来提供各种业务;另一方面,不断改进各种编码调制方式,提高频谱效率。但由于移动终端天线尺寸和功率的限制,可以用于无线接入的频段很有限。在提高频谱效率方面,目前较为先进的CDMA空中接口技术,如HSDPA可以达到1 bit/(s·Hz)的频谱效率,将来OFDM和MIMO技术的应用也只能达到3-4 bit/(s·Hz)的频谱效率。3-4倍的频谱效率的提高对于人们成百上千倍的带宽需求增长是微不足道的。认知无线电技术的出现,为解决频谱资源不足、实现频谱动态管理及提高频谱利用率开创了崭新的局面。
第2章认知无线电的基本概念
认知无线电(cognitive radio,CR)的概念是由Joseph Mitola博士提出的,他在1999年发表的一篇学术论文[1]中描述了认知无线电如何通过一种“无线电知识表示语言(RKRL)”的新语言提高个人无线业务的灵活性。随后在2000年瑞典皇家科学院举行的博士论文答辩中详细探讨了这一理论[2]。
认知无线电也被称为智能无线电。从广义上来说是指无线终端具备足够的智能或者认知能力,通过对周围无线环境的历史和当前状况进行检测、分析、学习、推理和规划,利用相应结果调整自己的传输参数,使用最适合的无线资源(包括频率、调制方式、发射功率等)完成无线传输。认知无线电能够帮助用户自动选择最好的、最廉价的服务进行无线传输。甚至能够根据现有的或者即将获得的无线资源延迟或主动发起传送。
由定义可以看出。认知无线电的一个最大优势就是无线用户可以通过该技术实现“频谱共享”。目前大多数频谱已经被划分给不同的许可持有者(又称为首要用户),包括移动通信、应急通信、广播电视等。但是随着用户需求的增长,简单地通过开发新的无线接入技术和使用新的频点已经无法充分满足市场需求。
近年来,很多学者通过监测分析当前无线频谱使用状况发现,虽然大部分频谱已经被分配给不同的用户,但是在相同时间、相同地点频谱的使用却非常有限。常常是大部分频点未被使用,而某些热点频率又处于超负荷运行。美国联邦通信管理委员会(FCC)充分注意到了这一点,于2002年11月出版了频谱政策任务组撰写的一份报告[3],该报告指出,当前分配的绝大多数频谱的利用率为15%-85%。认为当前存在的最主要问题并不是没有频谱可用,而是现有的频谱分配方式导致资源没有被充分利用。只有彻底改变当前固定频谱分配政策,部分甚至全部采用动态频谱分配政策,使多种技术可以实现“频谱共享”,才能彻底改变频谱缺乏的问题。如果采用频谱共享技术,允许部分免许可用户在不影响首要用户的前提下动态共享部分频点可以极大地缓解目前频谱资源紧张的问题。
与学术研究给出的定义略有不同,FCC的定义相对狭义一些:认知无线电技术是无线终端利用与周围无线环境进行交互所获取的无线背景知识,调整传输参数,实现无线传输的能力。即只要具备环境探测,并且能够调整传输频点和相关传输参数的设备就是认知无线电设备。
实际上,认知无线电技术是对频谱资源从时间、空间和频率等多维度的重复利用和共享。认知无线电在特定频段上进行探测,如果发现该频段当前未被使用,可以在不影响首要用户的前提下使用该频段。如果该频段的首要用户恢复无线传输,那么认知无线电设备就跳转到其他频段或者通过改变传输功率、调制方式等手段来避免对首要用户产生干扰。
第3章认知无线电的功能与实现
从认知无线电的概念我们可以看到,与传统的以发射机为中心的设计思想所不同,认知无线电是以接收机为中心的以目标为驱动的框架;与传统的