科 学 论 坛 I ■ China science and Technology Review 认知无线 电技术对未来移动通信产业的影响 秦勉 (河南大学物理与 电子学院 河南开封475001) 【摘要] 频谱资源的应用对当前人们之间的通信互联起到十分重要的作用，但是随着各种新型无线通信技术的不断发明和应用 ，频谱资源越来越紧张 ，越 来越受到人们的关注。认知无线电是一种具有相当程度的 自主寻找能力的智能无线 电技术 ，这种技术正在被全世界所关注 ，对缓解紧张的频谱资源起到了至关重 要的缓解作用。认知无线电是一种颠覆性的频谱分配模式，它对提升无线频谱的使用效率起到的作用是非常巨大的。如何合理地应用认知无线电在当前具有十分 重要的现实意义。本文从认知无线电的基本情况谈起 ，分析认知无线电的基本技术 ，探讨认知无线电的发展趋势和其对未来移动通信产业的巨大影响。 [ 关键词] 认知无线电 移动通信关键技术 中图分类号 ：TP569 文献标识码 ：A 文章编号 ：1009- 914X (2015)37- 0334- 01 无线电是在漫长的人类发展进步过程中研究出的一种相互传递信息的先 进的方式。无线电技术一经发明，就发挥着至关重要的作用。当前社会人们对无 线通信技术的依赖性是非常强的，当前无线通信技术不断发展 ，对于本就十分 紧张的无线频谱资源来说并不是好事。无线频谱资源本身较为紧张 ，但是研究 者在长期的研究过程中却发现，在低频段信号的传播特性是极其优 良的 ，但是 在低频段的利用效率却是十分低的。根据美国的某项 目的研究结论我们看出， 3GHz以下频段的平均频谱利用率连5％都达不到。在这种情况下，认知无线电技 术应运而生。这种相对智能的技术甚至被公认为未来最为流行的无线电技术。 一．认知无线电概述 提到认知无线电，就不能不说无线电频谱。频谱通俗地来讲就是频率的分 布曲线，指的是依据振幅不同、频率不同产生的谐振荡按照一定的频率排列形 成的图像就是频谱。无线电频谱顾名思义就是无线电的频率排列形成的图像。 传统的观念认为无线电频谱资源是一种可再生的资源，是一种取之不尽用之不 竭的资源，但是人们在对其进行不断利用的过程中才发现其并不是一个可再生 的资源，而是一种有限的公共资源。随着无线电技术的发展和人们对无线电频 谱的需求越来越高 ，如何缓解当前日益紧张的无线电频谱问题成为了当前重要 的现实问题。 随着无线通信技术的不断发展 ，在众多的频带上存在着许多不同的通信系 统 ，这些无线频谱的划分一般来说都是由政府来决定的。政府在对无线频谱进 行划分的时候依据就是最大程度提升利用效率，但是不可避免地，频带的分配 工作十分困难，很多频段利用效率各不相同 诸如移动电网网络的频段已经超 负荷使用了，但是某些频段利用效率却极低。所以如何将频谱资源的分配合理 化成为了摆在研究者面前重要的现实问题。上个世纪末，瑞典的约瑟夫 ·米托拉 博士提出了认知无线电的概念，这种无线电的出发点是对于利用效率较低的频 谱资源进行最大化的利用，是一种较为智能的技术。 = ．认知无线电的特征和关键技术 认知无线电具有两个层面的重要特征。首要的特征就是“认知”，这也是认 知无线电最重要的特征。认知说的就是认知无线电在工作中能够从无线环境中 感知周围的环境，智能化地选择没有被使用的频谱资源来进行工作。具体来说 分为三个步骤 ：感知、分析和进行频谱判决。而另一方面的重要特征就是重构。 即在感知到无线环境的情况下，根据检测到的情况进行 自主地编程活动。这项 工作的原则是不能够对用户产生干扰 ，那么实际应用中，如果某一频段被用户 使用，认知无线电就会选择用其他的闲置频段进行通信或者是 自主改变某些参 数 以避免对用户造成干扰。 认知无线电的关键技术包括宽带射频前端技术、频谱感知技术和数据传输 技术。宽带射频前端技术是频谱感知技术的基础所在，想要提升频谱感知能力， 就必须提升宽带射频前端的调谐能力。这项技术通俗地说就是数据的接受和初 步的处理。在认知无线电环境下，这项技术的要求是要能够检测到弱信号，这对 技术的要求是非常高的。频谱感知技术是认知无线电的核心技术，排出了这项 技术 ，认知无线电技术就无从谈起。这项技术包括两种感知 ，一种是单节点的感 知，一种是协同的感知。前者是单个阶段对于无线电环境的频谱识别和感知，后 者则是多个节点的数据综合分析得出的结论。前者的问题是单个节点的感知很 难达到技术的要求，后者的问题则是单个节点本身的问题则会影响到整个协同 感知。数据传输技术是认知无线电技术的关键所在 。现在应用地较为成熟的是 正交频分复用技术。这种技术的原理就是将整个频带划分成子载波，仅仅用未 3 34《科 技 博 览 被利用的子载波来进行数据的传输，是一种智能的传输技术 。 三，认知无线电的发晨趋势和对未来移动通倌产业的彤响 认知无线电未来的发展将会呈现出多层次的趋势。认知无线电技术并不是 一项单独的技术 ，它与很多技术都是相辅相成、密不可分的 从这个角度来看 ， 认知无线电的未来发展将会呈现出多种组网方式大融合的趋势。在民用领域， 对于蜂窝移动通信来说认知无线电技术所起到的作用是巨大的。它能够根据对 本地用户的移动终端的频率进行检测，智能地选择最优的传输频率，如果本地 的频率较为拥挤的时候，将会选择周围的闲置的频率，这对提升频谱资源的利 用率是有极大的促进作用的。在军用领域，如果采用固定频率的话，一旦被干扰 或者被针对，就会导致根本无法运用无线电进行快速沟通的情形出现 。如果在 军用领域引入认知无线电技术 ，就能够对战场上的各种环境 、频谱进行有效地 检测，选择不同的频率来进行通信 ，从而避免了电子干扰带来的负面作用。 认知无线电对未来移动通信产业的影响是巨大的，它将对现有移动通信产 业的运用模式发生彻底的改变，形成新的运行模式。 首先 ，多种制式并存的通信商来说，认知无线电技术能够 自主地进行不同 网络制式的切换。这是一项已经基本实现的技术，但是在未来会有更加智能和 便捷的发展。这项技术最具代表性的体现就是移动 电话的移动网络 ，当前存在 着2G，3G、4G三种网络并存的模式，但是这些制式并不是固定的。一方面，用户 可以根据 自己的实际需求进行 自主地切换 ，另一方面，根据认知无线电技术还 能够进行频谱的检测，能够 自动识别和切换至高一层级的网络制式，从而让用 户的通信体验变得更佳 。 其次，给现有的移动通信网络运营上来说也带来了巨大的挑战。正是基于 认知无线电技术能够使得用户在不通过网络制式之间进行自主和智能地切换， 这给网络运营上的维护和管理方面带来了更多的工作。用户能够更加便捷地进 行网络的切换 ，其背后则需要运营商进行多种网络信号的覆盖，多种网络信号 同时覆盖的维护和管理工作量也是很大的。近些年来，业界提出了环境感知网 络的概念，即能够根据用户所处的环境的不同，各种移动终端能够智能地感知 这种环境，根据用户在各种环境中设定的需求作出相应的变化。这项技术对于 运营来说也是不小的负担。 四 结语 认知无线电相对于传统的无线通信技术来说是一种颠覆性的、革命性的通 信方式创新。它与以往的任何一种通信方式都不同，打破了只能使用固定频谱 的局限，将无线频谱的使用效率大大提升，对于缓解当今 日益紧张的无线频谱 资源起到至关重要的作用。由于人们对通信技术的要求会越来越高 ，未来认知 无线电技术必将发挥出更大的作用。尽管这项技术迄今为止并不能称之为十分 成熟，但是随着时代的发展和科学技术的进步，相信认知无线电技术必将一步 一步走向成熟 而因其自身具备的优势所在，其必将成为未来持续热门的研究 领域和方向。 参考 文献 【1】王金龙，吴启晖 ，龚玉平 ．认知无线电网络 】．北京：机械工业 出版社 ， 2010 ． [2凋 贤伟，王建萍，王春江 ．认知无线电 D棚．北京：国防工业出版社 ，2008． 【3】赵勇 ．认知无线电的发展与应用【J】．电视技术 ，2oo9(o6)． [4场 磊 ．认知无线电系统中若干关键技术的研究DD0．大连 ：大连理工大学 ， 2012．
