認知無線電技術在電磁頻譜管理中的應用探討

摘 要 電磁頻譜是我國珍貴且有限的戰略資源之一，對其進行有效的管理，是保證信息通暢的重要途徑，有利于增強我國軍事實力，維護我國的和諧和安定。與此同時，由于無線電技術已被廣泛應用于日常通訊、氣象預測等眾多領域，成為生活中不可或缺的組成部分，導致電磁頻譜資源被快速使用，使得其供需矛盾日益凸顯。因而，如何保證電磁頻譜在需求高峰期的供給，及時利用閑置的電磁頻譜，成為無線電管理人員需要深思的問題。而認知無線電技術作為可智能化感知和分配電磁頻譜的新型技術，擁有認知、決策和執行的性能，可提高對電磁頻譜的利用率，緩解電磁頻譜的供需矛盾。因此，本文將以認知無線電技術為切入點，探討其在電磁頻譜管理中的應用。

關鍵詞 認知無線電技術;電磁譜管理;應用

在傳統的電磁頻譜管理模式中，頻譜監測網絡需將采集的數據傳輸至頻譜管理系統中，再進行相關的分析和決策，然后將電磁頻譜分配給特定的用戶，這一過程使得頻譜監測網絡和執行網絡屬于相互獨立的兩個系統，無法進行及時的傳輸和合理的分配，已經不太適應信息爆炸的時代。認知無線電技術就如同電磁頻譜傳輸道路上的“交通警察”，可自主收集頻譜的信息，學習頻譜的分配方式，將有限的電磁頻譜傳輸至需要的用戶，減少電磁頻譜管理的人力和時間，進而實現電磁頻譜傳輸的最優化。

1認知無線電技術概述

1.1 認知無線電技術概念

認知無線電技術屬于無線通信技術，此概念最早在1999年由瑞典皇家技術學院的Joseph Mitola博士提出，英文全稱為Cognitive Radio，簡稱CR。此后，隨著認知無線電技術的成熟，越來越多的國家開始致力于研究其應用價值和應用途徑。比如，將認知無線電技術應用于軍用領域，提高電子對抗能力;應用于民用領域，將之應用于寬帶網絡中。與傳統無線電技術思路相比，認知無線電技術將眾多的終端設備當作一個整體，而非孤立存在的個體，再通過認知能力和重構能力，實現對電磁頻譜的自主感知、分析以及決策等一系列的過程，完成對頻譜的智能化分配。

1.2 認知無線電的關鍵技術

“認知”這一詞語多用于人類，強調具有分析、判斷、決策等認知能力。此時，將“認知”一詞放置于無線電前面，意味著無線電技術開始具有認知能力。總體來說，與傳統的無線技術相比，認知無線電技術，主要包括認知技術和重構技術。一方面，認知技術又可細分為感知、分析、決策三個方面。通過感知電磁環境中的頻譜空洞和用戶的出現，分析用戶對信道和頻譜的需求，最后根據用戶的工作需求，做出最優的傳輸方案，確保通訊的順暢。另一方面，重構技術指的是在不改變硬件設備的前提下，改變發射功率、頻率等相關參數，重新構建寬帶發射機，保證用戶在任何時間點和任何地區都有可靠性高的通訊[1]。

2認知無線電技術在電磁頻譜管理中的應用

2.1 實現電磁頻譜的動態分配

傳統靜態頻率分配方式中，大部分電磁頻譜資源被分配給固定的授權用戶，僅留下少量資源用于非授權用戶，而多數授權用戶并非實時都需要大量的電磁頻譜，導致某些時段內頻譜資源的閑置和浪費。同時，非授權用戶對頻譜資源的需求不斷增加，分配的頻譜資源的利用率已慢慢趨向飽和，出現供給不足的情況。不過，將認知無線電技術用于管理電磁頻譜后，其可以感知周圍的電磁環境，對頻譜情況和用戶情況進行實時的監測。當主要授權用戶需要頻譜資源時，將相關信道提供給授權用戶，滿足用戶對頻率資源的需求。當部分頻譜資源被閑置后，可允許非授權用戶在不影響授權用戶的情況下，接入頻率資源。相比于靜態頻譜分配方式，認知無線電技術可利用頻譜感知技術、頻譜分析技術、頻譜共享技術等關鍵技術，實現對頻譜的及時合理分配。

2.2 提高電磁頻譜的抗干擾性

電磁環境并不平靜，而是充滿了變化，這就要求在電磁頻譜管理中，可以根據變化的特征，及時修改頻率、功率等參數，以便應對變化的電磁環境。然而，傳統的頻譜管理方式中，一旦相關的頻率被固定之后，不允許相關的人員進行隨意更改。因此，當發生突發事件的情況下，靜態的頻譜管理網很容易受到變故的影響，從而影響授權用戶的通訊工作，其抗干擾性能較差。不過，將認知無線電技術引入頻譜管理體系中，通過干擾估測技術，評估用戶之間的干擾可能性，再通過用戶間的協商活動，降低干擾的可能性。此外，如果不幸，發生了干擾事件，可利用頻譜移動性管理技術，第一時間切換頻率，確保通訊工作的正常進行。

2.3 推進電磁頻譜的智能化管理

在以往頻譜管理工作中，先由頻譜檢測網對周圍的電磁環境進行檢測，對檢測數據加以處理后，傳輸至頻譜管理網，再結合用戶對頻譜的需求，制定出頻譜規劃方案，最后由用頻裝備網執行規劃方案，三個網互相獨立。此管理屬于自上而下的集中式管理，離不開人類的分析和決策，降低了頻譜管理的效率。但是，認知無線電技術有著不錯認知能力，可以對周圍的電磁環境進行分析，對空閑的頻譜進行規劃和分配，再結合相關的網絡標準，創建好通暢的通訊渠道，滿足非授權用戶和授權用戶的需求。從感知環境、分配頻譜、到建立通訊的整個過程中，不需要工作人員的過多參與，減輕了電磁頻譜管理人員的工作負擔，進而實現了對頻譜的自動化管理[2]。

3結束語

綜上所述，無線電技術與人類生活密切相關。隨著無線電技術的廣泛應用，其應用局限性日益凸顯，影響了部分用戶的通訊工作。認知無線電技術是基于軟件無線電技術，有著頻譜認知能力和重構能力，可對電磁頻譜進行感知、分析以及決策等活動，進而實現對頻譜資源的智能化管理，即可提高頻率的管理效率，又可減少頻譜的浪費。

參考文獻

[1] 王思成，唐金元，劉水，等.認知無線電技術及其應用[J].中國設備工程，2017（3）：131-132.

[2] 陳巖，唐艷.基于認知無線電技術的動態頻譜管理構想[J].數字通信世界，2016（5）：63-65.

作者簡介

劉善海（1988-），男;學歷：碩士研究生，職稱：助理工程師，現就職單位：31437部隊，研究方向：電磁頻譜。