摘要：频谱资源在无线通信中已经得到有效利用，其为无线通信带来进步的同时制约着无线通信的新发展。近几年，认知无线电的不断进步不断拓宽了软件无线电的应用和功能，已经成为频谱资源匮乏的有效解决办法。
本文主要针对认知无线电在无线通信中的重要作用展开讨论，通过对认知无线电技术进行概述，分析当前无线电技术发展现状，同时提出当前认知无线电发展面临的关键技术挑战，旨为我国无线通信的发展提供参考意见。
关键词：软件无线电认知无线电无线通信
中图分类号：tn925 文献标识码：a 文章编号：1007-9416（2015）09-0000-00
随着社会的发展，无线电频谱已经成为无线通信领域极为重要的资源。伴随社会无线通信业务的极速增长，当前无线电频谱资源已经接近匮乏。频谱资源的高效利用作为无线通信技术当前亟需解决的问题，同时其也成为制约无线通信发展的阻碍。
基于无线通信技术的需求和科技的进步，认知无线电技术由此产生，其能够对周遭电磁环境进行感知，同时通过无线电描述语言与通信网络进行交流。认知无线电通过参数的调整，将环境与无线电参数进行匹配，以确保通信系统的可靠性及频谱资源的高效利用。
1 认知无线电的概述
1.1概念 ，认知无线电是软件无线电的一种，同时综合应用软件、应用界面及认知等性能[1]。
fcc将认知无线电定义为通过运行环境的改变来控制发射机参数的一种无线电[2]。
john notor认为软件无线电不是实现认知无线电的必须条件，同时认知无线电不是软件无线电的发展，两者间属于重叠关系[3]。
1.2特点
（1）认知能力。认知无线电能够由工作环境感知到周遭信息，由此来标识频谱资源的使用状况，由此来重新选择频谱资源的适应工作参数。根据瑞典皇家学院使用的认知循环得知，认知无线电的任务主要包含三个方面：
频谱感知、频谱分析及频谱判定。其中频谱感知主要用来检测可使用频段及频谱空穴现象；频谱分析主要用来分析估计频谱获取的频谱空穴特点；频谱判定主要根据频谱空穴的特征及用户的需要进行传输数据的选择。
（2）重构能力。认知无线电能够通过当前动态编程的改变从而使用不同无线传输技术来接收输出数据，基于对频谱授权用户进行干扰的基础，使用授权系统中的闲置频谱为用户提供极为可靠的服务，以上便是认知无线电重构内容的工作核心。当频谱被指定用户使用的时候，认知无线电能够通过两种应对方式进行解决：
一是切换到其他空闲频段进行通信；二是继续使用此频段，但要通过改变该频段的发射速度及调制方案来避免对用户造成通信干扰。
（3）两种无线电之间的关系。软件无线电系统内部的a/d及d/a完全变更至中频，通过对系统进行采样，由中频进行数字化处理；认知无线电技术基于软件无线电采用通信协议技术，同时增加人工智能的支持，对其自身环境感知极为敏感，并能根据环境合理调整通信功率、频率及其他参数[4]。软件无线电系统具有较高的灵活性，但较于认知无线电缺乏一定智能。
认知无线电能够自适应频谱环境，而软件无线电能够自适应网络环境。
2 认知无线电研究现状
2.1 darpa
美国国防研究计划局已经对频谱资源的有效利用展开研究，关于xg计划的研究目标有以下两点：第一，研究灵活的频谱分配技术，检测频谱环境，开发频谱使用机会；第二，在软件支持的基础上研究灵活的政策机制，主要体现在定义抽象行为、操作模式对应策略；同时策略约束通过**软件完成。
2.2 e2r
e2r是欧洲委员会的综合项目，该系统可以为多种空中接口、协议及应用提供相关的平台和所需环境，同时通过认知算法的升级和重新配置实现资源的高效利用。重新配置能够灵活的改变软件设置，以此来提高网络及设备性能。e2r系统需要实现系统功能来完成，主要包括：
服务协议、安全、干扰、**、设备重新设置、服务适应与**、系统检测、频谱转移及动态资源管理等。当前e2r项目进程处于第二阶段进行中，其在2023年开始启动至今。
除此之外，为了保障无线网络具备更优的认知无线电技术，提高频谱的利用效率，ieee同时制定出两种不同的网络协议，即802.11h与802.22。
其中ieee802.11h能够有效为无线局域网开放5ghz的频谱，降低无线网络的频谱干扰，实现频谱资源的共享。ieee802.
22通过运用认知无线电技术将电视广播的vhf频带频率作为宽带访问线路进行利用，由此来支持未经许可的无线设备占用未经使用的tv频带。 3 认知无线电发展前景与技术
3.1终极无线电
国内有研究学者研究出盲源分离的无线通信技术，其能够脱离感知频谱空穴，直接在随意信道上进行通信，其能够有效屏蔽信道中的各种信息干扰，准确分辨出所需信息，该种无线电被称为终极无线电。终极无线电主要通过盲源分离来实现频谱资源的高效利用，但盲源分离的基础是信号远离噪声的理想情况，实际生活中无法实现，由此终极无线电的研究仍在继续，面临诸多挑战。
3.2关键技术
（1）频谱检测。频谱检测技术主要包括单点频谱检测，其主要通过检测单个无线电节点来确定无线环境的频率占用状况；多点协同频谱检测：将多个节点的频谱检测结果统一，提高检测正确性。
（2）频谱资源分配。解决频谱资源分配紧张的方法有两条，第一，通过提高频谱资源的利用率和充分利用授权用户的频谱资源；第二，提高通信系统的运行效率，将已获得的频谱资源进行优化分配，提高利用率。正交频分复用技术属于当前有效实现频谱资源控制的主要传输方式，其能够通过频率的合理组合来实现频谱资源的高效利用，合理控制频谱、时间及功率等资源的利用。
（3）动态频谱管理。动态频谱管理同时被称作动态频谱分配，其主要通过发射端来执行。频谱管理主要通过自适应策略来高效利用通信频谱，同时能够较大程度提高无线通信的灵活性和信道使用能量，从而实现主用户和次用户间避免冲突和公平共存频谱的目的。
动态频谱管理可以通过对频谱的辨认来了解频谱可用时间从而实现频谱的合理分配，频谱分配主要根据频谱节点数将频谱分配给一个或多个节点。动态频谱管理应当对节点的接受能力进行评估，同时对源节点到目标节点进行合理调整。
（4）位置感知。地理环境的差异会对无线电信号产生影响，例如，室内与室外、城市与农村、山区与平原等相比较，后者的无线电信号较前者更强一些。认知无线电技术中的定位系统和地理信息系统的结合，能够有效帮助其识别自身位置，由此根据所处环境选取适当发送频率及调制方式等。
（5）链路保持。通常授权用户进行再次通信时，认知无线电技术需要在极短的时间内将正在进行得频率空出，同时还需保障通信的连续性，以上便是认知无线电技术中的链路保持技术。诸多研究学者认为，编码技术可以用来实现链路保持技术，主要方式通过增加链路冗余达到数据冗余。
但冗余数与链路可靠性并不成正比[7]。
（6）物理安全。认知无线电系统使机会方式与用户频段相结合，容易干扰到主用户，因此频谱感知必须具备极强的弱信号检测功能，主要用以检测主用户的信号，方便其切换频道。与此同时，认知无线电系统较易受到干扰与攻击，即为“模仿主用户攻击”的问题。
跳频通信系统具备极强的抗干扰能力，能够有效解决无线通信的干扰问题，同时能够容许系统出现较高的扩频频段，能够与认知无线电技术进行完美融合。由此看来，在认知无线电技术中引用跳频通信技术能够为无线电系统提供物理安全保障。
3.3重点研究内容
（1）理论与应用。主要为大规模的应用提供坚实的基础，其中相对重要的内容包括：认知无线电的理论基础与相关网络技术，例如，频谱资源的合理管理、跨层次的优化等[8]。
（2）系统开发。当前，多个试验验证系统正在进行开发，一旦开发成功，会对认知无线电的基本理论及关键技术提供验证所需的测试床，能够促进认知无线电技术的使用范围。
（3）系统结合。当前认知无线电技术不应当对授权用户做出改变，授权用户与认知无线电用户一同进行工作时，势必会提高无线通信效率。当前，诸多研究已经在分析认知无线电与现有无线通信相结合的方式，有了一定成果。
认知无线电与智能天线和软件无线电等相互结合的应用方式具有良好的发展前景。
（4）隐藏终端。有工程师认为，认知无线电技术能够识别其周遭的发射机，但对接收机无法识别，由此便会出现隐藏终端的问题，加之电信自由化问题，造成认知无线电技术仅能对其了解信号产生反应。认知无线电无法识别其他频段，造成一个完整的无线电感知系统无法识别频段的使用方式。
（5）频谱法律管理。当前情势下，诸多频段已经成为人类开展业务的一种手段，特定情况下，人类为获取频段的优先使用权会投入巨大资金，但是新的服务可能会干扰到基础设施，由此造成当前业务模式出现问题。
（6）频谱与路由联合选择技术。认知无线电技术能够根据周围环境的变化来实现通信频率的正确选择，通常情况下，通信频率的改变的前提是适当调整上层协议，例如，路由协议等方面。认知无线电技术根据频谱改变来正确选择频谱感知路由协议的过程需要技术人员深入研究。
除此之外，认知无线电技术中的认知引擎、认知算法及通用平台等几方面内容同样值得深入**[9]。
4 结语 认知无线电是一种基于软件无线电的智能无线电，其能够完美展现新型的频谱管理模式，同时将自身与外界环境进行融合，以此来解决通信需求与频谱资源间的供需矛盾。认知无线电带给无线通信发展空间的同时促进了无线电的发展，其属于多种高科技技术的综合，在军事及民用领域的应用前景极为广阔。认知无线电技术在应用过程中会面临诸多难题，需要诸多技术性的突破，将其纳入实际进行应用还需要时间，该领域的诸多问题已经成为无线通信研究的重点。
参考文献 [1]杨洪宾。基于软件无线电技术的数字集群系统研究[j].科技资讯，2015，05（10）：18-20.
[2]张玲。认知无线电网络中的动态信道分配技术探析[j].网络安全技术与应用，2015，04（06）：52-54.
[3]郑志超。软件无线电技术的发展及应用[j].电子技术与软件工程，2015，09（12）：35-38.
[4]李玲。论基于软件无线电的通信系统[j].电子世界，2013，02（11）：65-66.
[5]王建秋。软件无线电现状发展及其在专网中的应用[j].信息通信，2013，04（20）：253-254.
[6]郑涛，**志，施？z，等。基于fpga的软件无线电接收平台设计[j].软件，2013，04（06）：26-28.
认知无线电到软件无线电
掌銮。武警石家庄士官学校。武。颖。摘要 认知无线电技术进一步扩展了软件无线电 的功能，成为解决频谱资源匮乏问题的有效方法。基于认知无线电在无线通信中的重要作用，介绍了认知无线电的概念，概述了认知无线电在民用和军用领域的应用情况，讨论了认知无线电涉及的关键技术，指出了开展认知无线电技术研究的重要意义 ...
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