認(rèn)知無線電中頻譜感知與頻譜共享技術(shù)研究

朱達(dá)祥

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢查技術(shù)研究院，上海 201100）

0 引言

在無線電通信技術(shù)應(yīng)用中，頻譜資源利用對(duì)于通信效率和質(zhì)量有重要的影響，所以在現(xiàn)如今的社會(huì)環(huán)境下，要想進(jìn)一步的提升無線電通信技術(shù)的應(yīng)用范圍和價(jià)值，需要在頻譜資源利用方面多下功夫。認(rèn)知無線電技術(shù)可以使未經(jīng)過授權(quán)的次級(jí)用戶主動(dòng)的尋找無線電環(huán)境中的空頻譜資源，并且在不干擾主用戶的情況下實(shí)現(xiàn)空頻譜的利用，如此一來，頻率資源的利用率會(huì)顯著的提升[1]。認(rèn)知無線電技術(shù)主要包括了頻譜感知、頻譜共享等技術(shù)，分析研究此類技術(shù)并對(duì)技術(shù)的具體應(yīng)用做總結(jié)，對(duì)于無線通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用有積極的作用。

1 認(rèn)知無線電、頻譜感知及頻譜共享概述

在無線通信實(shí)踐中，要很好地利用認(rèn)知無線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線通信實(shí)踐水平的提升，必須要了解什么是認(rèn)知無線電。從掌握的資料來看，認(rèn)知無線電在具體的利用中也被稱之為智能無線電，其是一種能夠在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有限的情況下實(shí)現(xiàn)頻譜資源高效利用的一種技術(shù)。就該種技術(shù)的頻譜資源高效利用來看，其主要是通過感知外界環(huán)境并利用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境學(xué)習(xí)，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)操作參數(shù)改變而完成具體目標(biāo)的。通過操作參數(shù)的改變，如傳輸功率等的改變，無線電內(nèi)部系統(tǒng)會(huì)更加適應(yīng)無線信號(hào)的變化，所以其可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)進(jìn)行信號(hào)的接收與利用[2]。就此技術(shù)的具體應(yīng)用來看，其在實(shí)踐中表現(xiàn)出來的突出特征是靈活、智能、可重配置。就現(xiàn)階段的認(rèn)知無線電技術(shù)分析來看，其核心技術(shù)是頻譜感知和頻率共享。

頻譜感知是認(rèn)知無線電中的核心技術(shù)，其具體指的是使用頻譜信息的一種方法和手段。從頻譜信息的具體使用來看，認(rèn)知用戶可以利用信號(hào)檢測(cè)的方式實(shí)現(xiàn)頻譜的使用，也可以利用信號(hào)處理的方式達(dá)到頻譜使用的目的。就現(xiàn)階段的頻譜感知技術(shù)具體應(yīng)用來看，其勢(shì)必會(huì)應(yīng)用到兩個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)的功能分層，即物理層與鏈路層。

頻譜共享是實(shí)現(xiàn)頻譜資源的有效利用、拓寬無線電通信技術(shù)應(yīng)用范圍的重要手段。對(duì)我國(guó)目前的無線通信技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用做分析可知，頻譜共享是實(shí)踐中被重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容，也是在無線通信體系建設(shè)中被重點(diǎn)研究和應(yīng)用的內(nèi)容。

2 頻譜感知和頻譜共享技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

認(rèn)知無線電中頻譜感知和頻譜共享技術(shù)的具體應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)需要做多方面的工作，如下是基于實(shí)踐總結(jié)的實(shí)現(xiàn)頻譜感知和頻譜共享的重要手段和方法。

2.1 頻譜感知實(shí)現(xiàn)

從認(rèn)知無線電技術(shù)的具體利用分析來看，頻譜感知是該技術(shù)的核心技術(shù)之一，而且頻譜感知是頻譜共享的重要基礎(chǔ)，所以要真正的實(shí)現(xiàn)頻譜共享，必須要解決頻譜感知問題。從目前的實(shí)踐分析來看，在頻譜感知實(shí)踐中，采用小波變換的雙支路頻譜感知算法對(duì)于完成頻譜感知目標(biāo)有重要的意義。就此種頻譜感知算法的具體實(shí)施來看，需要明確如下內(nèi)容。（1）需要對(duì)小波的基本理論進(jìn)行分析。在小波基本理論的分析中，必須要明確小波變換的具體概念和特點(diǎn)，還要明確Lipschitz 指數(shù)的具體內(nèi)容，同時(shí)還要對(duì)小波變換模極大值和二進(jìn)小波變化模極大重構(gòu)信號(hào)進(jìn)行明確，這樣小波理論的正確應(yīng)用效果會(huì)更加顯著。（2）需要明確基于小波變換的頻譜感知算法。在頻譜感知算法的確定中，首先要做的是進(jìn)行系統(tǒng)模型的建設(shè)，在模型建設(shè)的基礎(chǔ)上對(duì)算法做具體的描述，這樣算法的具體利用會(huì)有更為充分的理論指導(dǎo)。（3）進(jìn)行仿真分析。利用構(gòu)建的模型做仿真研究，記錄仿真結(jié)果并對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，確定具體的性能差異，這樣可以更好的確定頻譜感知的具體方法。

2.2 頻譜共享實(shí)現(xiàn)

頻譜共享是認(rèn)知無線電技術(shù)中的另外一項(xiàng)核心技術(shù)，對(duì)于無線通信的最終結(jié)果有顯著的影響。從目前的分析研究來看，在頻譜感知的基礎(chǔ)上要實(shí)現(xiàn)頻譜的共享，需要強(qiáng)調(diào)如下4 個(gè)方面的內(nèi)容。

第一，需要重視網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與接口的建設(shè)。出于頻譜共享的目的，在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實(shí)踐中，可以將集中式架構(gòu)作為主體，同時(shí)結(jié)合分布式架構(gòu)，并在架構(gòu)中設(shè)計(jì)新增節(jié)點(diǎn)的接口和共享節(jié)點(diǎn)之間的接口，這樣網(wǎng)路架構(gòu)的科學(xué)性會(huì)明顯的提升[3-6]。此外，在現(xiàn)有的共享節(jié)點(diǎn)之上進(jìn)行高級(jí)頻譜管理節(jié)點(diǎn)的增加，這樣可以實(shí)現(xiàn)共享資源池的管理，同時(shí)還可以對(duì)共享節(jié)點(diǎn)的需求申請(qǐng)以及頻譜的分配決策等進(jìn)行管理。為了使得架構(gòu)在運(yùn)行中表現(xiàn)出更加優(yōu)越的性能，可以對(duì)共享節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量和需求的統(tǒng)計(jì)，并對(duì)頻譜的分配結(jié)果進(jìn)行接收，這樣節(jié)點(diǎn)內(nèi)的資源重配置執(zhí)行效果會(huì)更好。就網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和接口的具體建設(shè)來看，其中會(huì)利用到數(shù)據(jù)庫技術(shù)，具體的如頻譜地圖生成與管理、信道分配等，對(duì)技術(shù)的具體利用做強(qiáng)調(diào)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與接口建設(shè)的實(shí)際效果會(huì)顯著加強(qiáng)。

第二，需要強(qiáng)調(diào)高層技術(shù)的利用。在頻譜共享的實(shí)現(xiàn)中，高層技術(shù)的利用可以解決諸多問題，如頻譜共享所導(dǎo)致的資源動(dòng)態(tài)化和多優(yōu)先級(jí)網(wǎng)絡(luò)共存問題等。在考慮系統(tǒng)架構(gòu)差異的基礎(chǔ)上對(duì)頻譜資源進(jìn)行分析與管理，保證節(jié)點(diǎn)間的頻譜最優(yōu)和公平協(xié)商，基于預(yù)測(cè)和代價(jià)分析等的頻譜切換、接入控制、跨層設(shè)計(jì)等，并分析對(duì)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)接入、業(yè)務(wù)流管理、移動(dòng)性等流程的影響。

第三，物理層技術(shù)。在頻譜共享的實(shí)現(xiàn)中，物理層技術(shù)的具體利用也發(fā)揮著重要的作用，所以需要強(qiáng)調(diào)物理層技術(shù)的分析與研究。從目前的分析來看，深入研究物理層技術(shù)，可以通過頻譜檢測(cè)等方式獲得頻譜使用狀況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)測(cè)量與反饋機(jī)制、信道和參考信號(hào)等的設(shè)計(jì)，如此一來，實(shí)現(xiàn)結(jié)果上報(bào)和頻譜資源的配置與使用效果會(huì)更加的突出。

第四，射頻技術(shù)。對(duì)于射頻技術(shù)，在多模多頻芯片成為市場(chǎng)主流的情況下，分析面向未來的支持頻譜共享技術(shù)的新型射頻，能夠支持更廣的頻率范圍，在多通道同時(shí)工作時(shí)有效處理互干擾，能支持靈活帶寬的射頻，支持在相同頻譜中接入不同系統(tǒng)時(shí)的靈活調(diào)制，以及通過多路檢測(cè)或壓縮感知等方式的寬頻譜檢測(cè)等功能，尋求射頻參考結(jié)構(gòu)與參數(shù)。

3 結(jié)論

在無線通信技術(shù)的具體利用中，為了解決頻譜資源稀缺的問題，可以利用認(rèn)知無線電中的頻譜感知和頻譜共享技術(shù)，所以對(duì)相應(yīng)的技術(shù)做分析與討論現(xiàn)實(shí)意義顯著。文章在分析認(rèn)知無線電技術(shù)的基礎(chǔ)上就頻譜感知和頻譜共享的具體實(shí)現(xiàn)做研究，旨在為實(shí)踐提供幫助和指導(dǎo)。