感知無線電關(guān)鍵技術(shù)特點分析探究論文

1、感知無線電關(guān)鍵技術(shù)特點分析探究論文 關(guān)鍵詞：感知無線電；信道；傳輸場景 摘要：感知無線電技術(shù)是在軟件無線電技術(shù)基礎上發(fā)展起來的一種新的智能無線通信技術(shù)，是軟件無線電技術(shù)的擴展，它使軟件無線電從預先定義協(xié)議的盲目執(zhí)行者轉(zhuǎn)變成為無線電領(lǐng)域的智能代理。感知無線電雖具有獨特的優(yōu)點，但技術(shù)并不成熟，本文對感知無線電的無線傳輸場景分析、信道狀態(tài)估計及其容量預測、功率控制和頻譜管理，無線電知識描述語言等關(guān)鍵問題進行了探討，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)工作的開展提供一些參考。 一、感知無線電的概念 感知無線電技術(shù)用以實現(xiàn)動態(tài)頻譜共享。通過檢測空中信號占用頻譜，通過探知無線環(huán)境中空閑頻譜資源，選擇可被自己利用頻率進行通信。租

2、借系統(tǒng)通過采用感知無線電技術(shù)，實時跟蹤授權(quán)系統(tǒng)占用頻率狀況，隨時使用、釋放頻段，在保障授權(quán)系統(tǒng)通信前提下，與授權(quán)系統(tǒng)動態(tài)共享頻譜。論文百事通采用頻譜檢測方式獲取頻譜信息可使感知無線電技術(shù)能適應無線環(huán)境頻譜使用狀況短期變化，高效利用頻譜，并且感知無線電技術(shù)不要求改造現(xiàn)有系統(tǒng)，對無線信道環(huán)境和用戶需求都將具有較好適應性。 感知無線電技術(shù)動態(tài)頻譜共享是自適應傳輸技術(shù)思想在頻譜分配領(lǐng)域的運用。自適應傳輸使無線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸適應信道傳輸能力的變化，通過提高數(shù)據(jù)傳輸速率來改善頻譜利用率。而感知無線電使無線通信系統(tǒng)占用的頻譜適應無線環(huán)境頻譜使用狀況的變化，通過增加共享同一頻段的系統(tǒng)數(shù)、用戶數(shù)來提高頻譜利用

3、率。不管是自適應傳輸技術(shù)還是感知無線電技術(shù)，其思想的核心都是無線通信系統(tǒng)能自動地適應外界環(huán)境和自身需求的變化。 感知無線電思想可以推廣到移動通信其它層面。從低層到高層，要求未來移動通信系統(tǒng)能檢測系統(tǒng)各層參數(shù)與狀態(tài)，如鏈路質(zhì)量、網(wǎng)絡拓撲、業(yè)務負載、甚至用戶需求，并能適應這些變化。從通信端到端，在存在重疊覆蓋多種無線電通信環(huán)境下，要求移動設備能夠在異構(gòu)網(wǎng)絡間切換，實現(xiàn)包括終端、網(wǎng)絡和業(yè)務在內(nèi)的端到端重配置。這也就是所謂的認知網(wǎng)絡(CognitiveNetwork)。 二、感知無線電關(guān)鍵技術(shù)分析 作為一種新的智能無線通信技術(shù)，感知無線電可以感知到周圍的環(huán)境特征，采用構(gòu)建方法進行學習，通過相關(guān)描述語言

4、與通信網(wǎng)絡智能交流，實時調(diào)整傳輸參數(shù)，使系統(tǒng)的無線規(guī)則與輸入的無線電激勵的變化相適應，以達到隨時隨地通信系統(tǒng)的高可靠性和頻譜利用的高效性。無線規(guī)則指一系列適合無線頻譜合理使用的射頻帶寬、空中接口、相關(guān)協(xié)議和空間時間模式的設置。感知無線電系統(tǒng)的重構(gòu)能力很重要，該功能就是以軟件無線電作為平臺來實現(xiàn)的。重構(gòu)功能是由軟件無線電實現(xiàn)，而感知無線電的其他任務是通過信號處理和機器學習的過程實現(xiàn)，其感知過程開始于無線電激勵的被動感應，以做出反應行為而終止，一個基本的感知周期要大致分為3個基本過程，分別是無線傳輸場景分析、信道狀態(tài)估計及其容量預測、功率控制和頻譜管理，它們的順序執(zhí)行使感知無線電系統(tǒng)的感知功能得以

5、實現(xiàn)。 2.1感知無線電技術(shù)與動態(tài)頻譜分配 未來移動通信系統(tǒng)滿足用戶需求的關(guān)鍵點是提高頻譜利用率。移動通信的發(fā)展使帶來了越來越嚴重的頻率短缺問題。解決頻率短缺大致有兩類方法，一是擴大可利用的頻率范圍，二是提高頻譜利用率。為增加可用頻率，移動通信系統(tǒng)的頻率已擴展至300GHZ。無線信道的路徑損耗是隨頻率升高而迅速增加的，所以頻率過高并不利于移動通信。因而，更加有效的方法是提高頻譜利用率。 提高頻譜利用率有三類途徑，改進通信設備的傳輸技術(shù)，優(yōu)化網(wǎng)絡、提高組網(wǎng)能力。目前廣泛采用這兩種途徑，但是這兩種方法能夠獲得的頻潛利用率增益將越來越少。第三種提高頻譜利用率的途徑是改進頻譜分配方式。 目前國際上主要

6、采用固定頻譜分配方式，一個頻段只分配給一個無線接入系統(tǒng)，不管分配的頻段是否被頻率牌照的所有者實際使用，其它無線接入系統(tǒng)不能占用該頻段。為提高頻譜利用率，可以將一些頻段分配給了多個系統(tǒng)，允許它們同時占有同一個頻段，甚至一些頻段可以開放為不需牌照的頻段，允許任意系統(tǒng)占用。盡管固定頻譜分配方式能夠改善系統(tǒng)干擾問題，但由于頻譜的授權(quán)系統(tǒng)并不是在任何地區(qū)的任何時刻都使用頻率，其頻譜利用率很低。而簡單地允許多個系統(tǒng)共享一個頻段，雖然優(yōu)于獨占性的固定頻譜分配方式，但由于它對頻譜共享沒有加以必要的控制，一個系統(tǒng)占用頻率前并不知道該頻率是否正在被其它系統(tǒng)使用，從而導致了兩方面的問題?？梢?，如果僅僅是簡單地允許多

7、個系統(tǒng)共享頻譜，而不避免系統(tǒng)間干擾，會制約頻譜利用率的提高，并且不能保證通信質(zhì)量。 為解決頻譜短缺與頻譜利用率低下的矛盾，可以考慮采用動態(tài)頻譜分配方式。允許多個系統(tǒng)共享同一頻段，各系統(tǒng)只在需要通信時才能占有頻段，通信結(jié)束就釋放頻段，而且必須控制系統(tǒng)間干擾，后接入的系統(tǒng)不能影響其它已有系統(tǒng)的通信。為與現(xiàn)有通信系統(tǒng)兼容，分配頻段上授權(quán)系統(tǒng)有使用頻譜的最高優(yōu)先級，只要不影響授權(quán)系統(tǒng)通信，租借系統(tǒng)與授權(quán)系統(tǒng)動態(tài)共享頻譜。這種動態(tài)的頻譜共享包含時間與空間兩方面。在時間上，當授權(quán)系統(tǒng)不使用所分配的頻率時，租借系統(tǒng)可以占用頻率，但當授權(quán)系統(tǒng)重新占用頻率時，租借系統(tǒng)必須及時地歸還頻率。 2.2信道狀態(tài)估計及其

8、容量預測 信道估計的結(jié)果可用來計算信道容量，用于控制發(fā)送端的信號能量，可使用香農(nóng)法則計算信道容量C，但在感知無線電系統(tǒng)中并不直接在發(fā)送端傳輸C的信息，而是量化C，一定的量化率用于反饋發(fā)送端，量化比率是預先確定的，所以接收機接收的信息量要小于信道容量C。一般來說，無線系統(tǒng)的傳輸率是波動的，當其超出一定界限時，就會引起系統(tǒng)的不正常工作，這個界限決定了最大的傳輸比特率。 2.3功率控制和頻譜管理 2.3.1功率控制 在感知無線電通信系統(tǒng)中功率控制的實現(xiàn)以分布方式進行，以擴大系統(tǒng)工作范圍，提高接收機性能?？刂瓢l(fā)送端功率是感知無線電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。在多址接入的感知無線電信道環(huán)境中，主要采用協(xié)作機制方

9、法，包括規(guī)則及協(xié)議和協(xié)作的Adhoc網(wǎng)絡兩方面內(nèi)容。多用戶的感知無線電系統(tǒng)彼此協(xié)作工作，基于先進的頻譜管理功能，可以提高系統(tǒng)工作性能，支持更多用戶接入。 2.3.2動態(tài)頻譜管理 動態(tài)頻譜管理也稱為動態(tài)頻譜分配，具有實現(xiàn)系統(tǒng)頻譜高效利用的功能。在感知無線電系統(tǒng)中，頻譜管理的算法可這樣描述：基于頻譜空穴和功率控制器的輸出，選擇一種調(diào)制方式以適應時變的無線傳輸環(huán)境，使系統(tǒng)工作在可靠傳輸?shù)臓顟B(tài)下。系統(tǒng)工作的可靠性可由信噪比差額(SNRgap)的大小確定。 2.4無線電知識描述語言 傳統(tǒng)的軟件無線電不能與網(wǎng)絡進行智能交流，因為沒有基于模式推理計劃能力和沒有相關(guān)描述語言。在以軟件無線電為發(fā)展平臺的感知無線電研究中，研究表示無線系統(tǒng)知識、計劃和所需語言是關(guān)鍵技術(shù)，無線電知識描述語言(RKRL)應運而生，它表示了無線規(guī)則、系統(tǒng)配置、軟件模塊、網(wǎng)絡傳送、用戶需求、應用環(huán)境等知識。 參考文獻： 1何麗華，謝顯中，董雪濤，周通.感知無線電中的頻譜檢測技術(shù)J.通信技術(shù)，2007，(05) 2王軍，李少謙.認知無線電：原理、技術(shù)與發(fā)展趨勢J.中興通訊技術(shù)，2007，(03) 3譚學治，姜靖，孫洪劍.認知無線電的頻譜感知技術(shù)研究J.信息安全與通信保密，2007，(03). 4劉元，彭端，陳楚.認知無線電的關(guān)鍵技術(shù)和應用研究J.通信技術(shù)，2007，