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近年來，在我國各個生產和生活領域中均可見到無線通信技術的身影。然而，在無線通信技術的應用規模不斷擴大的今天，分布式頻譜資源稀缺的問題越來越突出，相關研究也沒有取得突破性進展。現階段，在我國通信進一步的發展過程中，無線頻譜的缺乏成為主要的限制因素。于是，認知無線電技術應運而生，并在社會范圍內得到了廣泛關注。相較于傳統無線電技術，認知無線電技術的最大優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，認知無線電技術已被授權并分配給若干通信系統，但頻譜資源的利用水平仍有待提升。如何在不影響授權用戶通信的情況下，對授權系統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頻譜資源的使用效率，成為認知無線電技術面對的首要問題。我國對認知無線電技術的研究情況主要集中在自適應傳輸技術。當前，認知無線電系統具備的自適應傳輸技術已經基本實現，可根據環境變化動態調整傳輸參數。

1認知無線通信系統的發展

無線電技術在人類歷史上的發展時間較短，直至20世紀末，國外才有相關學者系統地提出這一概念，并就無線電的基本原理展開了相關闡述。此后，隨著無線電優勢的不斷突出和在臨床實際應用中卓越價值的不斷顯現，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，認知無線通信系統已成為當前無線電領域的主要研究方向。首先，相較于傳統無線通信系統，認知無線通信系統能夠全面增加系統中可用頻譜的數量，保證大量無線信息的傳輸，對無線傳輸技術的進步具有重要的促進作用；其次，認知無線通信系統的設備制造商可以為用戶生產新設備，在產品銷售過程中為設備制造商獲得利益；最后，認知無線電技術能夠為用戶提供一個有效的信息傳輸系統，使其工作和生活更加便利、高效。

2認知無線電關鍵技術

2.1空閑頻譜感知檢測技術。空閑頻譜感知檢測技術即是以用戶無線環境的感知為基礎確定的“頻譜空調”。頻譜空調是指最初分配給授權用戶使用但功率頻帶非常低且在某些時間段內未能被授權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用戶信號或者與低功率噪聲干擾相似的授權用戶信號，頻帶內部往往存在大量的空白區域，而空白區域的形成為系統使用頻譜資源提供了更多可能[2]?？臻e頻譜感知檢測技術即充分利用此空白區域，對用戶頻帶資源使用情況進行分析和辨別，并以此為基礎選擇頻譜通信，有效實現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平穩的檢測三類。（1）匹配濾波器的檢測。實質上，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。理論和實踐經驗證實，它可用于判斷系統中是否存在信號，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，屬于信號的非相關檢測。相較于匹配濾波器檢測，我國對于能量檢測技術的研究更加成熟。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出的信號，然后以接收到的實際數據為依據，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。在實際的系統運行過程中，噪聲功率會在各種因素的影響下不斷發生改變。檢測過程中，門限設置太高會造成部分授權用戶信息遺漏，給授權用戶的系統使用安全性與穩定性帶來不利影響。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果。（3）循環平穩的檢測。當信噪比較低時，能量檢測器無法有效區分信號和噪聲，導致上述兩種檢測方法失效。此時，循環平穩檢測的價值得以顯現。在大多數無線通信應用中，信號通常來自人工周期性信號調制，一般包含循環平穩的特性。受此影響，信號的檢測和估計參數可以通過計算信號的循環譜密度來執行。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]。循環平穩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使用情況與接收到的信號進行準確判斷，造成檢測結果出錯。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。在認知無線電網絡，如何實現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用戶，才能真正體現頻譜共享技術的優勢與價值[7]。目前，我國關于頻譜共享技術的研究主要集中在動態的頻譜分配。對它進行具體分析可從以下三個方面入手。第一，基于網絡結構的頻譜共享技術。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絡中所有節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點參與制定的，在該模式下節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。該方案的研究內容主要是單用戶通信與其他用戶通信之間的關系。方案中的所有節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，基于接入技術的頻譜共享技術。Overlay技術中，認知節點可使用未經授權用戶的系統來訪問某些網絡。該技術能夠最大限度地減少對授權用戶造成的影響。此外，Underlay技術中，可利用擴頻技術在蜂窩網絡獲取頻譜分配圖，能夠有效處理授權用戶認知節點傳輸信號的噪聲，相比于Overlay方案，能夠有效利用增加的帶寬。

3結論

當前，我國對于無線信息通信技術的研究已較為成熟。在各類無線電通信技術中，認知無線通信系統及其相關技術是無線電研究的主要內容，也是無線電未來發展的重要趨勢。隨著無線電技術在我國的不斷發展、進步以及應用范圍的擴大，無線電的科技研究內容逐漸復雜化。為保證無線電系統中各項傳輸技術的可靠性與安全性，確保有效發揮各種無線電技術的獨特優勢，在具體研究過程中，相關人員應當樹立嚴謹的研究意識，結合社會發展現狀，不斷拓展研究內容，為我國無線通信傳輸技術的長期發展保駕護航。

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作者:葉春生 單位:中通服建設有限公司