未来无线通信的重要发展方向

随着无线电通信需求的不断增长，对无线通信技术支持的数据传输速率的要求越来越高。根据香农信息理论，这些通信系统对无线频谱资源的需求也相应增长，从而导致适用于无线通信的频谱资源变得日益紧张，成为制约无线通信发展的新瓶颈。另外，已经分配给现有很多无线系统的频谱资源却在时间和空间上存在不同程度的闲置。因此，人们提出采用认知无线电（CR）技术，通过从时间和空间上充分利用那些空闲的频谱资源，从而有效解决上述难题。

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。

当前，认知无线电技术已经得到了各界的关注，很多著名学者和机构都投入到认知无线电相关技术的研究中，启动了很多针对认知无线电的重要研究项目。例如德国高校提出的频谱池系统、美国加州大学Berkeley分校研究组开发的COVUS系统、美国Georgia理工学院宽带和无线网络实验室提出的OCRA项目，美国军方DARPA的XG项目、欧盟的E2R项目等。在这些项目的推动下，在基本理论、频谱感知、数据传输、网络架构和协议等领域取得了一些成果。IEEE为此专门组织了两个重要的国际年会交流这方面的成果。目前，最引人关注的是IEEE802.22工作组的工作，该工作组正在制订利用空闲电视频段进行宽带无线接入的技术标准，这是第一个引入认知无线电概念的IEEE技术标准化活动。预计认知无线电技术将会沿着以下几个方向发展：

首先，基本理论和相关应用的研究，为大规模应用奠定坚实的基础。比较重要的包括，认知无线电的信息论基础和认知无线电网络相关技术（频谱资源的管理，跨层联合优化等）。

其次，实验验证系统开发。目前，已经有多个实验验证系统在开发中，这些系统的开发成功，将为认证认知无线电的基本理论、关键技术提供测试床，推动其大规模应用。

再次，与现有系统的融合。虽然目前认知无线电的应用不要求授权用户作任何改变，但如果授权用户和认知无线电用户协同工作，将会便于实现并提高效率。目前，已经有一些研究工作在考虑将认知无线电引入到现有无线通信系统的方法，并且取得了一些初步成果。预计未来这方面将会有大量的需求。

总之，认知无线电的提出，为从根本上解决日益增长的无线通信需求与有限的无线频谱资源之间的矛盾开辟了一条行之有效的解决途径，是未来无线通信产业发展的方向，正逐渐通过标准化进入到产业领域，然而，认知无线电技术从概念到应用尚面临很多挑战，尤其是许多关键技术需要突破，这也使其成为近年来无线通信研究的热点。