认知无线电关键技术及应用的研究现状

1、引言 目前随着无线通信业务需求的快速增长，可用频谱资源变得越来越稀缺。人们通过采用先进的无线通信理论和技术，如链路自适应技术、多天线技术等努力提高频谱效率的同时，却发现全球授权频段，尤其是信号传播特性比较好的低频段频谱的利用率极低。以美国为例，美国联邦通信委员会（federal communications commission，FCC）的大量研究报告说明频谱的利用情况极不平衡，一些非授权频段占用拥挤，而有些授权频段则经常空闲[1]。     

GUWB：超宽带和认知无线电的完美结合

随着无线技术的快速发展及无线亚务的极大丰富，可用的频谱资源越来越少。近年来，一类重用频谱资源的无线技术被一些研究机构和标准制订组织相继提出，这其中最典型是超宽带无线通信技术和认知无线电（CR）技术。UWB是采用频谱重叠的方式占用一段极宽的带宽，并严格限制其信号的发射功率以尽可能少地给现存系统带来有害干扰；而CR技术的核心则是通过动态频谱感知来探测“频谱空洞”，合理地机会占用此临时可用的频段，并自适应地随着感知结果动态地改变系统传输参数以规避高优先级的授权主用户。UWB技术主要定位于个域网WPAN的应用；CRN主要应用于无线区域网WRAN的构建中。CR是可以感知外部RF环境的智能通信系统，是软件无线电（SWR）的进一步智能化发展。在这两种无线新技术背后的核心思想都是无害共享可用的频谱资源，虽然它们共享频谱及与其它系统共存的方式不同，但都极大地提高了频谱利用率，以缓解日益增长的无线业务需求与日渐匮乏的频谱资源之间的矛盾。然而，这两种非常有前景的技术在自身的发展过程中却面临一些困境，为了使它们更快地走向实际应用，我们提出了把超宽带技术和认知无线电结合起来构建一种所谓的认知超宽带（CUWB）无线通信系统。     

免授权频段通信技术与未来频谱需求

随着信息通信技术（information and communication technology,ICT）的进步以及数据流量的不断增加,需要越来越多的免授权频段资源支持无线通信和物联网的发展。为了研究未来免授权频段的通信发展方向以及频谱需求,首先综述了现有免授权频段政策、免授权频段通信技术及免授权频段通信的若干具体应用场景。以下一代Wi-Fi和超宽带（ultrawideband,UWB）技术为例,根据现有应用的数据流量预测,分析了未来的免授权频谱需求。结果表明,为了满足未来增强现实/虚拟现实（augmented reality/virtual reality,AR/VR）、高精度定位及8K高清视频传输等应用需求,更多的6 GHz以及60 GHz免授权频段资源需用来支持新型业务。最后对未来免授权频段的发展趋势进行探讨,指出干扰管理等技术是未来提升免授权频段利用效率的关键。     

认知无线电标准化进展

用户对多媒体通信业务需求的增加，使得通信系统对无线频谱资源的需求也不断增加。近年来出现许多无线通信理论与技术，如链路自适应、正交频分复用（OFDM）以及多输人多输出（MIMO）技术等，以解决无线频谱资源紧张的问题。这些技术在一定程度上提高频谱利用率，但其提高的程度有限，远远不能满足用户的通信需求。认知无线电技术的提出，为解决频谱资源不足、实现频谱动态管理及提高频谱利用率提供了强有力的技术支撑。     

认知无线电与WLAN的融合技术

认知无线电（CR）[1]技术是继软件无线电技术后通信技术的发展热点，它体现了通信技术从网络化向智能化的发展。CR技术旨在通过对无线环境的感知，实现动态重用以提高现有频谱资源的利用率。通过该技术实现的频谱共享，可以利用大多数的频谱资源，包括移动通信、广播电视等所使用的频段。     

浅谈基于认知无线电的机会频谱的接入技术

目前,宽带无线业务正在不断增多,其中,影响无线通信发展的一大问题就是频谱资源非常稀少。但是,在某段频谱资源上具有很多的业务,而其他频段的使用效率却比较低。因此,我们就提出了认知无线电技术,进一步改善了无线环境,使频谱资源提高了利用率。     

MIMO无线通信技术的四大发展趋势

随着无线通信技术的快速发展，频谱资源的严重不足已经日益成为遏制无线通信事业的瓶颈。如何充分开发利用有限的频谱资源，提高频谱利用率，是当前通信界研究的热点课题之一。研究证明，MIMO技术非常适用于城市内复杂无线信号传播环境下的无线宽带通信系统使用，在室内传播环境下的频谱效率可以达到20—40bit／s／Hz；而使用传统无线通信技术在移动蜂窝中的频谱效率仅为1—5bit／s／Hz，在点到点的固定微波系统中也只有10—12bit／s／Hz。MIMO技术作为提高数据传输速率的重要手段得到人们越来越多的关注，被认为是新一代无线通信技术的革命。     

认知无线电关键技术概述

随着无线业务需求的增长,频谱稀缺已经成为当今无线通信网络面临的一个严重问题。从现有的频谱分配格局来看,低于6GHz的绝大部分频谱已经被固定地分配给授权用户使用。然而,美国联邦通信委员会(FCC)的报告表明这些固定分配的频谱存在利用率低下的问题,实测结果证实了这一点。为了解决频谱稀缺的问题,人们主要致力于下面两个解决途径的研究:一方面探测挖掘利用新的频谱,如非视距紫外线通信、可见光无线通信和太赫兹通信等;另一方面立足于现     

MIMO技术的发展

下一代无线通信系统将提供用户更高的数据传输速率和更好的服务质量，系统容量需要大幅度提高，因此有限的无线频谱资源迫使下一代无线通信技术必须极大地提高频谱利用率。多输人多输出（MIMO）天线技术正适应未来无线通信技术发展的要求，近年来得到迅猛的发展。MIMO技术是指在发射端通过多个发射天线传送信号，在接收端使用多个接收天线接收信号的无线通信技术，目前理论已经证明应用MIMO技术能极大地提高无线通信系统的性能和容量。     

认知无线电与WLAN的融合技术

随着无线局域网(WLAN)的迅速普及,有限的可用频谱资源日益紧张。认知无线电(CR)技术具有动态重用空闲频谱资源的能力,可以有效提高频谱利用率,得到了无线通信行业的关注。通过将CR技术与无线局域网相融合,可以为无线局域网提供更为灵活的通信,扩展无线局域网的工作频段。IEEE 802.11y无线局域网标准的制定进一步推动了CR技术的应用。CR技术与无线局域网融合的过程中,还需要完善包括频谱感知、频谱资源共享和分配、动态频率选择和传输功率控制等技术。     

无线多媒体传感器网络中的动态频谱分配技术研究

无线多媒体传感器网络(WMSNs)具有实时监控,收集和处理多媒体信息的功能,有广泛的应用前景。较之传统无线传感器网络,WMSNs无线传输多媒体信息需要更大带宽。然而,随着无线通信设备的广泛应用,有限的可用频谱资源日益匮乏。利用动态频谱分配技术,可以扩展WMSNs的通信频段,增强抗干扰能力。考虑到WMSNs节点的物理限制,如计算能力和能量供应,该文提出了适合WMSNs的频谱感知方法和频谱管理方法。频谱感知采用各节点的轮换机制感知整个频段;频谱管理可以确保对授权用户影响最小的信道被首先使用。WMSNs使用上述方法可以感知周围无线电环境,利用空闲私有频段进行无线通信。最后,通过实验证明了该文提出的动态频谱分配技术对WMSNs的有效性。     

认知无线电：原理、技术与发展趋势

随着无线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。另一方面，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。     

未来无线通信技术展望

本主要介绍了未来无线通信领域中几项最关键的技术革新。随着无线业务的扩展，对高数据速率通信的需求必将导致能提供高频谱效率的新的调制和编码技术。我们讨论了满足这一条件三种物理层技术：正交频分复用、超宽带传输、空一时调制，编码。另外由于室内接入正成为无线通信领域的前沿，本对宽带局域网(WLAN)和即兴(Ad hoc)网的应用也进行了探讨。     

无线区域网和认知无线电技术(2)

802．22工作组的主要任务是开发和建立一套基于认知无线电（CR）技术，在现有电视频段利用暂时空闲的频道进行无线通信的区域网空中接口标准。由于基于802．22协议的无线区域网（WRAN）工作在现有电视频段中，要求不能对正在广播的电视频道产生干扰，所以WRAN采用了认知无线电技术，对电视频段进行感知和测量，利用动态频谱管理技术找到空闲频道进行再分配。认知无线电技术将是未来无线通信的发展方向之一。本讲座将分3期对无线区域网和认知无线电技术进行介绍，第1讲介绍无线区域网络和IEEE802．22工作组情况，包括WRAN背景、802．22系统、802．22空中接口等；第2讲介绍认知无线电技术和实现其的基础软件无线电（SDR）技术，包括无线电知识描述语言（RKRL）和认知循环、无线电频谱礼仪等；第3讲介绍802．22WRAN频谱共存问题和认知无线电技术的应用。[编者按]     

无线区域网和认知无线电技术

802.22工作组的主要任务是开发和建立一套基于认知无线电（CR）技术。在现有电视频段利用暂时空闲的频道进行无线通信的区域网空中接口标准。由于基于802.22协议的无线区域网（WRAN）工作在现有电视频段中，要求不能对正在广播的电视频道产生干扰，所以WRAN采用了认知无线电技术，对电视频段进行感知和测量。利用动态频谱管理技术找到空闲频道进行再分配。认知无线电技术将是未来无线通信的发展方向之一。本讲座分3期对无线区域网和认知无线电技术进行介绍，第1讲已经介绍无线区域网络和IEEE802．22工作组情况，包括WRAN背景、802.22系统、802．22空中接口等；第2讲已经介绍认知无线电技术和实现其的基础软件无线电（SDR）技术，包括无线电知识描述语言（RKRL）和认知循环、无线电频谱礼仪等；本讲介绍802．22WRAN频谱共存问题和认知无线电技术的应用。[编者按]     

无线网关技术及其应用

随着通信技术的发展，移动GPRS网络和联通CDMA20001X网络的建设完毕，无线通信市场正向着增值业务方向发展。在提供传统话音业务的同时．还要充分发挥GPRS和CDMA20001X数据业务的作用使用户可以使用手机浏览Internet页面观赏在线电影、在线电视。这样．无线侧的资源相对于交换侧来说就会更加紧张。为了充分使用有限的空口资源，必须对Internet发送到手机的数据进行特殊处理，这就是无线应用协议（WAP）网关的主要功能。     

全球动态

欧盟 为3G通信开放GSM专用频段 欧盟部长理事会近日批准欧盟委员会有关开放部分GSM手机通信专用频段的立法提案，以推动第三代移动通信（3G）等无线通信业务的发展。这项新立法将于2009年10月正式生效，届时很多无线设备将能使用20多年来GSM手机专用的900兆赫频段。据估计，这一做法将在未来5年内为欧盟无线通信产业省下40％的网络建设成本。     

无线通信领域的新技术

频谱资源是非常宝贵的资源，然而当前频谱使用中存在很严重的浪费现象。比如说管理部门将某个波段使用权授予某种行业或部门，但是在某些时段或地区该频段并没有被占用。如广播电视，我国现在电视波段占据了从48．5MHz到958MHz的之间的68个6MHz的频率资源，在某个地区，这些频道不可能全部被占用，这样就造成频谱利用率非常低。如何来解决这个问题，感知射频技术（Cognitive Radio）提供了一个很好的思路。     

认知无线电：见缝插针，拓展频谱

无线电通信频谱是一种宝贵的、有限的资源,目前主要由国家统一分配、授权使用。一个频段一般仅供一个无线通信系统独立使用,不同的无线通信系统使用不同的频段,互不干扰。这种静态的无线频谱管理方式,简单而有效地避免了不同无线通信系统间的相互干扰。     

全球动态

欧盟 正式开放部分GSM手机通信专用频段 欧盟近日正式颁布了有关开放部分GSM手机通信专用频段的新立法,这项立法为第三代移动通信（3G）等无线通信业务的发展铺平了道路。根据欧盟的新立法,很多无线设备将可以使用20多年GSM手机专用的900兆赫频段。据估计,这一做法将在未来五年内为欧盟无线通信产业省下40％的网络建设成本。欧盟委员会认为,