认知无线电技术

Hz)的频率用作为宽带接入频段。

　　美国联邦通信委员会(FCC)2003年12月就相当于美国《电波法》的《FCC规则第15章(FCC rulePart15)》，公布了修正案，明确只要具备认知无线电功能，即使是其用途未获许可的无线终端，也能使用需要无线许可的现有无线频带。FCC在推进智能无线技术的同时还将放宽有关限制。

　　针对认知无线电，美国国防部提出下一代无线通信(XG)的项目，2004年该项目进入第三个研究阶段，投资1 700万美元，预计在2006年底完成第三阶段的研究。该项目将研制和开发频谱捷变无线电(Spectrum Agile Radios)，这些无线电台在使用法规的范围内，可以动态自适应变化的无线环境，在不干扰其他正常工作无线电台的前提下，可以使接入的频谱范围扩大近10倍。

3 认知无线电的应用场景

　　考虑一个工作在非授权频段(如免授权国家信息基础设施频段)的无线通信终端(遵循Wi-Fi规范)。在其工作的免授权国家信息基础设施(U-NII)频段，通信业务非常繁忙(近乎达到饱和状态)。这样的工作频段已无法满足其他通信终端新的业务请求。鉴于这种情况，频谱管理机构(如FCC)将选择利用率较低的其他已授权频段(如电视广播频段中若干未被使用的频谱资源)。这样的频段可以被暂时用来支持非授权频段上那些未能接入其系统的通信业务。为此，频谱管理机构将生成一套使用已授权频段的法规(这些法规将指导并约束着非授权用户去合理地使用授权频段)。这些法规由频谱管理机构以某种机器可以理解的方式发布。

　　具有认知无线电功能的非授权用户定期地搜索并下载相应的频谱使用法规。获得最新的频谱使用法规之后，非授权用户将根据这些法规，对自身的通信机制进行调整(通信机制可能包括：工作的频段、发射功率、调制解调方式以及多址接入策略等)。为了使周边的通信终端尽快获得更新了的法规，获得最新法规的终端还将其所获得的法规广播出去。当然，对那些不具备认知无线电能力的通信终端来说，这样的广播信息将被忽略。

　　对于具有认知能力的通信终端，除了获得最新的频谱使用规则外，另外一项很重要的工作就是完成对"频谱空洞"的检测。对"频谱空洞"的检测实际上就是完成对周边通信环境的认知。根据检测到的"频谱空洞"的特性(如"空洞"的带宽等)和获得的频谱使用法规，通信终端产生出合理使用该"空洞"的具体行为。
以工作在非授权频段的无线局域网通信终端为例，可以说明认知无线电的可能的应用场景。当然，从认知无线电的定义可以看出认知无线电的概念涵盖面极宽，其应用场景绝不仅限于此。

　　认知无线电技术在宽带无线通信系统中有着广泛的用途。基于IEEE 802.11b/g和IEEE 802.11a的无线局域网设备工作在2.4 GHz和5 GHz的不需授权的频段上。然而在这个频段上，可能受到包括蓝牙设备、HomeRF设备、微波炉、无绳电话以及其他一些工业设备的干扰。具有认知功能的无线局域网可以通过接入点对频谱的不间断扫描，从而识别出可能的干扰信号，并结合对其他信道通信环境和质量的认知，自适应地选择最佳的通信信道。另外，具有认知功能的接入点，在不间断正常通信业务进行的同时，通过认知模块对其工作的频段以及更宽的频段进行扫描分析，从而可以尽快地发现非法的恶意攻击终端。这样的技术可以进一步增强通信网络的安全性。同样，将这样的认知技术应用在其他类型的宽带无线通信网络中也会进一步提高系统的性能和安全性。

4 认知无线电的关键技术

　　4.1 频谱检测技术

　　认知无线电技术能够感知并分析特定区域的频段，找出适合通信的"频谱空洞"，利用某些特定的技术和处理，在不影响已有通信系统的前提下进行工作。因而，从认知无线电工作流程上可以看到(如图1所示)，为了在某个地域上应用认知无线电技术，最先进行的工作是对该地无线信道环境的感知，即频谱检测和"空洞"搜寻与判定。
如果将待查的频段分为3种不同的情况：黑空，存在高功率的干扰；灰空，存在低功率的干扰；白空：仅存在环境噪声量，包括热噪声、瞬时反射、脉冲噪声等。那么频谱检测的任务就是查找适合认知无线电业务的白空，同时对工作频段在黑空(或灰空)和白空之间的转变进行监测。

　　在认知无线电技术中，进行频谱检测即对所观察的频段进行干扰温度的估计。干扰温度可以看作是频段内的干扰功率谱密度，它的设定是用来量化和管理无线环境中的干扰问题。针对经过谱估计得到的干扰温度，可以给出干扰温度界限。通过干扰温度界限可以对观测的"频谱空洞"进行选择，超过界限的干扰或其他噪声都是不符合通信要求的频谱。

通常在接收端进行干扰温度的测量，并搜寻"频谱空洞"，