摘要：本文介绍了基于认知的复杂电磁频谱感知与管理的基本概念与特点，详细分析了基于认知的频谱感知与管理技术的基本原理与过程，并与传统频谱管理进行对比，得出基于认知的无线电技术在频谱管理中的优点，最后对复杂电磁环境频谱感知与管理的关键技术进行了研究。
关键词：认知无线电；频谱管理；感知及管理；
Research of the spectrum apperceiving and management techniques of cognitive radio technique
Dong Jiang
(Southwest China Institute of Electronic Technology, Chengdu 610036, China）
Abstract: This paper introduced the basic concepts and characteristics of electromagnetic s
pectrum apperceiving and management techniques, which are based on cognitive radio techniques. The theory and process of the spectrum apperceiving and management techniques are detailed analyzed, which have exhibited great advantages as compared with the traditional spectrum management. The key techniques of spectrum apperceiving and management techniques in complex environment are also studied.
Key words: Cognitive Radio, frequency management, Sense and management;
引言
随着无线电技术的飞速发展和广泛应用，使得频谱资源与需求间的矛盾越来越突出。目前传统的频谱管理制度是静态频谱管理，无线电频谱资源被划分为授权频段与非授权频段。人们在采用各种技术努力提高频谱利用率的同时，缺发现频谱资源的利用率很低，美国联邦通信委员会（FCC）的研究表明，授权频段的平均利用率范围在15%～ 85%[1]。而非授权频段占用拥挤，而有些授权频段则经常空闲。传统静态的频谱管理分配方式使得没有授权的用户不能利用授权频段，资源浪费严重。因此近几年来，能够对不可再生的频谱资源实现再利用的频谱资源共享技术受到了人们的广泛关注。
认知无线电技术(CR， Cognitive Radio) [2-3]将连续不断地感知外部环境的各种信息（如授权用户终端和认知无线电终端的工作频率，调制方式，接收端的信噪比，网络的流量分布等），对这些信息进行分析，学习和判断。通过无线电知识表示语言(RKRL)，与其他认知无线电终端进行智能交流，以选择合适的工作频率，调制方式，发射功率，介质访问协议和路由等，保证整个网络能够始终提供可靠的通信，并达到最佳的频率使用率，以增强个人业务的灵活性， 使软件无线电技术能更好地满足用户需求。CR 技术为频谱感知与管理提供了一条崭新的思路。具有CR功能的网络单元，不需要频谱管理部门预先分配频谱，它通过各单元的频谱感知，在复杂时变的电磁环境中寻适宜的频谱，并通过认知推理，学习网络标准和规则，动态共享频谱，建立通信。既有效避免干扰的发生，又提高了频谱利用率，达到频谱管理的智能化与自适应性。
认知无线电技术
CR具有两个显著的特点：认知能力和重配置能力。一个完整的认知循环包含外部电磁环境、频谱感知、频谱分析与频谱决策4方面内容，如图1 所示：
图1 基本的认知过程
CR进行频谱管理的前提是频谱感知，通过频谱感知发现时域、频域与空域的频谱空穴信息，并且感知授权用户的再次出现，实现主动规避。因此需要具备以下基本功能：
对无线电磁环境的场景分析，包括空间电磁环境中干扰温度的估计和频谱空穴的检测，这就要求CR具有高的监测灵敏度。
信道状态估计及其容量预测，主要有信道状态信息的估计、信道容量的预测。
功率控制和动态频谱管理。
测定自身位置和其他发射机位置的能力，比如可以采用GPS等技术来测定自身位置和其他发射机的位置。
具备安全机制。
认知的频谱感知与管理
频谱感知与探测
认知无线电的一个重要前提就是频谱感知能力，认知无线电能够灵活感知周围环境的变化，通过频谱感知功能发现频谱孔，使得认知无线电能与周围通信环境相适应。不同类的第一用户具有不同的感知灵敏度要求，认知无线电的灵敏度应该超过第一用户接收机灵敏度30～40dB的余量，以避免“隐藏终端问题”。原因是：
认知无线电很难对第一用户的发射机和接收机之间的信道直接进行测量，它只能根据对第一用户的发射机的探测做出本地信道情况的测量决定。
无线电环境是随时变化的，同时第一用户种类的不同，传播损失的不同以及干扰等因素，频谱感知功能的实现也需要高的灵敏度。
认知无线电对无线电环境的分析分析功能中必然要包括时—空处理，包括：
干扰温度估计
当前无线环境是以发射机为中心的，距离发射机一定距离的信号功率在设计中要求达到一个噪声底限以降低可能的干扰，可是，由于新的不可预料的新的干扰源的出现，射频噪声基底可能升高，因而引起信号覆盖范围衰减。为防止这种可能性，FCC推荐了一种对干
扰的评价方法，也就是从单纯的接收机对干扰进行测量向发射机和接收机之间自适应实时交互测量的方向转变，这种变化导致对干扰给出了一个新的度量，叫做干扰温度，如图2所示：
图2 基本的认知过程
频谱空洞探测
认知无线电技术能够感知并分析特定区域的频段，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。频谱空洞是指被分配给某初始授权用户但在特定时间和具体位置该用户并没有使用的频带。首先，将频谱区域分成3种类型：
黑区域，常被高能量的局部干扰占用。
灰区域，有部分时间被低能量干扰占用。
白区域，只有环境噪声而没有射频干扰的占用。
频谱管理
频谱管理的主要目的在于开发一个自我调整的策略用于有效的利用频谱资源。特别的频谱管理算法设计如下：通过建立的频谱空穴检测各个发射功率控制器的输出，选择合适的策略以自我调整时变的无线电磁环境，始终确保在通道上保持可靠的通信。通过适当的频谱分配实现认知无线电系统与授权用户之间的频谱共享。
认知无线电需要在所有可用的频段中选择条件最好的频段以满足服务质量的要求，所有CR需要具备频谱管理的能力，问题就是如何设计一个有效的，频谱利用率高的自我调整策略。频谱管理主要有分为频谱分析和频谱决策。
频谱分析
在CR环境中，可用频谱孔在不同的时间段内具有不同的频谱特性。频谱分析的目的就是归纳这些频段的频谱特性，使认知无线电能够做出最符合用户要求的分析。频谱孔的质量可以从以下几个方面来考虑：干扰、路径损失、无线链路错误、链路层延时、占用时间等。信道容量也是频谱特性中重要的一项，通常情况下，可以用接收机端的信噪比来计算
信道容量，干扰温度模型就可以应用在这里，干扰温度界限便是可以潜在被应用频段的射频能量，第一用户接收机端可允许的干扰量就决定了CR用户所允许的最大传输功率。
频谱决策
图书管理系统论文 一旦所有的可用电磁频谱的特性都被分析出来以后，CR应该根据服务质量的要求，为当前的传输选择合适的运行频段，因此，频谱管理功能必须考虑服务质量的要求，通常的服务质量包括了：传输速率，可接受的误码率，最大延迟，传输模式和传输带宽。同频谱分析一样，频谱决策目前也是一个尚未得到充分研究的领域。
结束语
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数学课堂教学的有效性认知无线电技术被认为是未来无线通信技术的“下一件大事”，已逐渐受到人们的普遍关注。CR质子衰变技术虽具有独特的优点，但还远不成熟。目前还存在一些需要进一步研究的问题。包括认知多入多出无线电(Cognitive MIMO Radio) [4]、频谱与路由联合选择技术、认知网状网(Cognitive Mesh Network)等。中药饮片gmp认证检查项目
参考文献：
[1] FCC. Notice of Proposed Rule Making and Order [R].ET Docket No. 03-322. 2003
[2] Mitola J．Cognitive radio: making software radios more personal. IEEE Pers Commun, 1999 ,6(4)
[3] 周小飞，张宏刚． 认知无线电原理及应用。北京：北京邮电大学出版社[M]，2006：1-25
[4] A Cognitive Policy Management Framework for DoD
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