系统解读无线通信之SDR和CR

线电(CR)进一步扩展了SDR的定义，它包含为无线电提供智能的功能。无线创新论坛(Wireless Innovation Forum)将认知无线电定义为"通信系统可感知其环境和内部状态，并且能够根据无线电工作行为和预定义的目标作出有关该信息的决策的无线电。环境信息可能包含也可能不包含与通信系统相关的位置信息。"

认知无线电有时候也称为自适应无线电，这种无线电可以通过自动调整其行为或操作来实现具体的目标。它们可以感测、了解和调整。它们具有可存储用于各种不同情况的指令的内存。借助存储的有关其自身功能的知识，这些无线电可以进行自行决策。

认知无线电还可以访问外部数据库，以获得额外的决策智能。它通过侦听通道进行感测，从而评估是否存在其他信号、其特性和噪声背景。认知无线电还可以根据经验来了解情况。认知无线电借助已经获得或能够访问到的所有知识而成为超级智能无线电。

发射器(TX)和接收器(RX)是具有各种适用波形和所有相关软件定义无线电软硬件的全面捷频软件定义无线电(图7)。独立的认知处理器引擎运行无线电的各种认识功能。该引擎从RX和TX获取输入(M)，以监控其状况和参数。它通过这些输入以及其他输入进行决策。

图7：典型的认知无线电中的发射器和接收器都是捷频软件定义无线电装置。认知处理器通过来自策略内存的输入、外部数据库和GPS位置信息(某些情况下)管理认知过程。

其他输入来自存储在内存中的策略指令，这些指令定义在不同情况下的工作方式。还可以访问外部数据库。一些认知无线电装置通过GPS获取位置信息。然后进行决策，并将控制(C)发布至无线电，从而达到理想的结果。

认知无线电还是人工智能(AI)的一个很好的例子。人工智能是一系列用来存储和使用解决问题的知识的软件。它可以使用标准算法，还可以采用专家系统、自然语言处理、模糊逻辑和搜索技术等多种人工智能技术。人工智能/认知无线电可以通过根据现有的知识评估状况和决策，并采取行动达到所需的最佳结果，从而模仿人类用户。

认知无线电的一个非常重要的功能是动态频谱接入(DSA)，该功能使得认知无线电能够在确定频谱中的一个频道未被使用后调整到该频道。动态频谱接入无线电使用未使用的频谱，从而使有限的频谱空间产生更高的效率。

认知收发器基本上以工作频率、调制模式、功率级别和其他因素的方式通知SDR如何操作，并自动作出相应的调整。认知无线电是监控SDR并在必要时提供命令和控制指令的软件。

认知无线电主要力争解决两个重要的无线问题：有限的频谱以及不同的无线电或无线系统之间的互操作性。认知无线电可以找到开放频谱并使用该频谱。它还可以改变其波形或者协议，以适应不同特性的无线电，从而实现通信或者让通信更可靠。

还有几种不同类别的认知无线电。比如，基于策略的无线电通过一组预定义的功能(比如波形和程序)编程。使用这种无线电方法是选择几种不同的预编程固定函数中的其中一种函数。固定函数在制造过程中载入，由用户选择，或者通过空中接口下载。

另一种认知无线电是一种可以全面重新配置的无线电。这种完全普通的收发器可以在各种频率和功率范围内工作。这类无线电可以针对新应用或通信条件以动态方式进行全面的重新配置。

认知无线电示例

xG Technology公司的xMax运营商级认知无线电系统用于移动通信，该系统使用902至928MHz范围内的未经授权的工业、科学和医疗(ISM)频段。在其首次迭代中，它是作为美国陆军的试验驻军和战场蜂窝无线电系统部署的。

作为用来验证和测试用于战场的系统的军事网络集成评估(NIE)过程的一部分，该系统已在2011年早些时候在布利斯堡和白沙导弹试验场进行了测试。根据书面媒体报道和军 队人员的观点，该系统的表现相当出色。

xMax原型系统使用微型手机基站及该系列的TX70手持机。该系统还通过手持机自带的认知技术使用900MHz的时分双工(TDD)数字无线电。该系统还支持互联网协议语音(VoIP)呼叫和发送短信(SMS)。该手持机包含完整的Wi-Fi无线电。

xMax系统符合美国联邦通信委员会(FCC)针对902至928MHz频谱的第15部分的规则。无线电的有效全向辐射功率(EIRP)可高达4W，基站也是一样。该系统将该频谱范围划分成18个1.44MHz频道，采用鲁棒的二进制相移健控(BPSK)调制方式。接入方式为时分多址(TDMA)技术，每个通道都可以处理多达12个语音呼叫。

该无线电的认知功能可以侦听使用中的频带，以确定哪里有干扰，然后切换到具有最低噪声电平的频率上。xG手持机每秒钟扫描频带33次，以寻找干扰并确定可形成稳定链路的确