時間：2023-03-28 15:04:47
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論文摘要:感知無線電技術是在軟件無線電技術基礎上發展起來的一種新的智能無線通信技術，是軟件無線電技術的擴展，它使軟件無線電從預先定義協議的盲目執行者轉變成為無線電領域的智能。感知無線電雖具有獨特的優點，但技術并不成熟，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鍵問題進行了探討，希望能夠對相關工作的開展提供一些參考。
一、感知無線電的概念
感知無線電技術用以實現動態頻譜共享。通過檢測空中信號占用頻譜，通過探知無線環境中空閑頻譜資源，選擇可被自己利用頻率進行通信。租借系統通過采用感知無線電技術，實時跟蹤授權系統占用頻率狀況，隨時使用、釋放頻段，在保障授權系統通信前提下，與授權系統動態共享頻譜。采用頻譜檢測方式獲取頻譜信息可使感知無線電技術能適應無線環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不要求改造現有系統，對無線信道環境和用戶需求都將具有較好適應性。
感知無線電技術動態頻譜共享是自適應傳輸技術思想在頻譜分配領域的運用。自適應傳輸使無線通信系統數據傳輸適應信道傳輸能力的變化，通過提高數據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占用的頻譜適應無線環境頻譜使用狀況的變化，通過增加共享同一頻段的系統數、用戶數來提高頻譜利用率。不管是自適應傳輸技術還是感知無線電技術，其思想的核心都是無線通信系統能自動地適應外界環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能檢測系統各層參數與狀態，如鏈路質量、網絡拓撲、業務負載、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境下，要求移動設備能夠在異構網絡間切換，實現包括終端、網絡和業務在內的端到端重配置。這也就是所謂的認知網絡(CognitiveNetwork)。
二、感知無線電關鍵技術分析
作為一種新的智能無線通信技術，感知無線電可以感知到周圍的環境特征，采用構建方法進行學習，通過相關描述語言(RadioKnowledgeRepresentationLanguage，RKRL)與通信網絡智能交流，實時調整傳輸參數，使系統的無線規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的高可靠性和頻譜利用的高效性。無線規則指一系列適合無線頻譜合理使用的射頻帶寬、空中接口、相關協議和空間時間模式的設置。感知無線電系統的重構能力很重要，該功能就是以軟件無線電作為平臺來實現的。重構功能是由軟件無線電實現，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，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、信道狀態估計及其容量預測、功率控制和頻譜管理，它們的順序執行使感知無線電系統的感知功能得以實現。
2.1感知無線電技術與動態頻譜分配
未來移動通信系統滿足用戶需求的關鍵點是提高頻譜利用率。移動通信的發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，優化網絡、提高組網能力。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，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，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，允許任意系統占用。盡管固定頻譜分配方式能夠改善系統干擾問題，但由于頻譜的授權系統并不是在任何地區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共享一個頻段，雖然優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，一個系統占用頻率前并不知道該頻率是否正在被其它系統使用，從而導致了兩方面的問題?？梢?，如果僅僅是簡單地允許多個系統共享頻譜，而不避免系統間干擾，會制約頻譜利用率的提高，并且不能保證通信質量。為解決頻譜短缺與頻譜利用率低下的矛盾，可以考慮采用動態頻譜分配方式。允許多個系統共享同一頻段，各系統只在需要通信時才能占有頻段，通信結束就釋放頻段，而且必須控制系統間干擾，后接入的系統不能影響其它已有系統的通信。為與現有通信系統兼容，分配頻段上授權系統有使用頻譜的最高優先級，只要不影響授權系統通信，租借系統與授權系統動態共享頻譜。這種動態的頻譜共享包含時間與空間兩方面。在時間上，當授權系統不使用所分配的頻率時，租借系統可以占用頻率，但當授權系統重新占用頻率時，租借系統必須及時地歸還頻率。
2.2信道狀態估計及其容量預測
信道估計的結果可用來計算信道容量，用于控制發送端的信號能量，可使用香農法則計算信道容量C，但在感知無線電系統中并不直接在發送端傳輸C的信息，而是量化C，一定的量化率用于反饋發送端，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，無線系統的傳輸率是波動的，當其超出一定界限時，就會引起系統的不正常工作，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中功率控制的實現以分布方式進行，以擴大系統工作范圍，提高接收機性能?？刂瓢l送端功率是感知無線電系統的關鍵技術之一。在多址接入的感知無線電信道環境中，主要采用協作機制方法，包括規則及協議和協作的Adhoc網絡兩方面內容。多用戶的感知無線電系統彼此協作工作，基于先進的頻譜管理功能，可以提高系統工作性能，支持更多用戶接入。
2.3.2動態頻譜管理
動態頻譜管理也稱為動態頻譜分配，具有實現系統頻譜高效利用的功能。在感知無線電系統中，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，選擇一種調制方式以適應時變的無線傳輸環境，使系統工作在可靠傳輸的狀態下。系統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
傳統的軟件無線電不能與網絡進行智能交流，因為沒有基于模式推理計劃能力和沒有相關描述語言。在以軟件無線電為發展平臺的感知無線電研究中，研究表示無線系統知識、計劃和所需語言是關鍵技術，無線電知識描述語言(RKRL)應運而生，它表示了無線規則、系統配置、軟件模塊、網絡傳送、用戶需求、應用環境等知識。
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[J].通信技術，2007，(05)
[2]王軍，李少謙.認知無線電:原理、技術與發展趨勢[J].中興通訊技術，2007，(03)
[3]譚學治，姜靖，孫洪劍.認知無線電的頻譜感知技術研究[J].信息安全與通信保密，2007，(03).
[4]劉元，彭端，陳楚.認知無線電的關鍵技術和應用研究[J].通信技術，2007，(07)
認知無線電用戶必須不能干擾首要用戶（頻譜授權用戶）的正常工作，要保證首要用戶的可靠性通信，同時也要保證認知無線電用戶通信的可靠性，這就需要認知無線電控制發射功率，同時具有靈敏的頻譜空穴檢測能力和快速切換頻段的能力。通信的高可靠性是認知無線電要實現的另一個目標。認知無線電這些特點有利于頻譜資源智能、高效、充分的利用，也是其區別于其他無線電技術的重要特征。
二、認知無線電與寬帶無線通信系統的融合
認知無線電的關鍵技術有：頻譜監測技術，自適應頻譜資源分配技術、自適應調制解調技術等。寬帶無線技術主要有正交頻分復用技術（OFDM）、多輸入多輸出技術(MIMO)、HARQ技術和AMC技術等。認知無線電與寬帶無線通信系統的融合最主要的就是自適應頻譜資源分配技術和正交頻分復用技術結合、并輔以其它相關技術。OFDM系統是目前公認的比較容易實現頻譜資源控制的傳輸方式。該調制方式可以通過頻率的組合或裁剪實現頻譜資源的充分利用，其與自適應技術相結合，除了在傳統的時間域上自適應外，還更容易利用多載波的頻率域，可以靈活控制和分配頻譜、時間、功率等資源，在結合MIMO系統的空間資源，根據用戶在不同的位置的不同傳輸條件，感知環境并且適應環境，并不斷地跟蹤環境的變化，以合理利用資源、提高系統容量。自適應頻譜資源分配的關鍵技術主要有:載波分配技術、子載波功率控制技術、多天線層資源分配算法和復合自適應傳輸技術。
(1)載波分配技術。CR具有感知無線環境的能力。子載波分配就是根據用戶的業務和服務質量要求，分配一定數量的頻率資源。檢測到的寬帶資源是不確定的，隨時間、空間、移動速度等變化。OFDM系統具有裁剪功能，通過子載波的分配，即在頻段內對于用戶來說，信干噪比(SINR)較高的不規律和不連續子載波的頻譜資源進行整合，按照一定的公平原則將頻譜資源分配給不同的用戶，確定每個子載波傳輸的比特數量，選取相應的調制方式，實現資源的合理分配和利用。
(2)子載波功率控制技術。由于分配給用戶的功率和子載波數一般是成比例的，功率控制算法在經典的“注水”算法的基礎上，有一系列的派生算法。這些算法追求的是功率控制的完備性和收斂性，既要不造成干擾又要使認知無線電有較好的通過率，且達到實時性的要求。事實上功率控制算法和子載波分配算法是密不可分的。這是因為在判斷某子載波是否可以使用時，就要對現狀(空間距離、衰落)做出判斷，同時還需要計算出可分配的功率大小，對于一個用戶如果速率一定，如子載波數目增加所需的功率就會下降。
三、結語
關鍵詞：數字廣播軟件無線電世界數字廣播（DRM）DAB
1數字調幅廣播技術的發展
1.1廣播技術的發展
從20世紀二十年代開始，商業廣播先后在美、蘇、英、德、法、中等國開播，在此后的近百年時間，廣播作為重要的傳媒工具，受到各國的重視。廣播無后經歷了中波調幅、短波調幅、調頻、調頻立體聲幾個階段，表1羅列了部分國家的廣播發展情況。
表1世界主要國家的廣播發展情況
中波短波調頻調頻立體聲
美國192019421941/
蘇聯1922192919461960
英國192319381955/
法國1923193619501954
德國1923192919491958
中國1923193419741979
日本1925193519571969
1．2調幅廣播的優勢
盡管調幅廣播的帶寬只有9kHz或10kHz，音質無法與調頻立體聲相比，但是由于調幅廣播發展時間最久，全球標準統一，在任何地方購買的收音機在全球各地都能使用，接收工具簡單，而且可以方便地進行室內、外的便攜接收與車、船中的移動接收。因此至今它仍然是世界上使用最廣泛的廣播媒體。
短波國際廣播則由于在國際交往中的極端重要性與最適合對象為財力處于中下層的聽眾，所以各國仍繼續大量投資支持短波業務。
今天，世界上有160多家國際廣播電臺在進行著無形的“星球大戰”。美國之音（VOA）的一項研究甚至認為：未來40年沒有其它媒體能以相同的優點替代。據統計，全世界現在已有3333座短波發射臺，12590府中波發射臺，25億臺調幅收音機，其中7億臺可收短波廣播。
1.3DRM的產生
由于調制廣播的競爭，音、視頻數字化的發展，傳媒手段的多樣化和九十年代開始的全球數字化浪潮，使許多廣播機構認識到，調幅廣播必須數字化才能適應競爭日益激烈的傳媒環境，紛紛開始了數字調幅廣播的試驗。
德國電信（DT）從1994年11月開始進行數字中被廣播的試驗。法國湯姆喀斯特（Thomcast）公司則從1995年起斥巨資進行數字調幅廣播系統的開發，并從1996年6月起演示了它的天波（SKYWANE）2000系統，到1998年4月，研制中的數字調幅廣播系統已至少有6個。
1994年，電聯曾要求各成員國提出數字系統的建議，并建議建立一個世界性的集團以評估不同的方案，最終提出單一的建議由電聯推薦各國使用，由此誕生了DRM。DRM的全稱是DigitalRadioMondiale，其中Mondiale為法文，即“世界數字廣播”集團（Consortium）。DRM于1998年3月在中國廣州宣告成立。到2002年2月，DRM已有來自27個國家的正式會員（Fullmembers）47個，和非正式會員（Associatemembers）25個。
1.4國內外數字調幅廣播技術發展情況
目前，歐洲和北美的一些國家均研制了DRM接收設備，這些接收設備更接近于專業接收設備，主要采用計算機插板方式，絕大多數的解調、解碼工作均由基于DSP和計算機CPU的軟件完成，它們具有便于軟件更新，可以方便適應不同標準和新業務，便于在線測試，可以方便地使用各種分析工具等優點。同時具有體積大（一般需計算機，也有較小的），功耗大（普通干電池無法滿足工作），不兼容原有設備等缺點?？陀^地講，這些設備只能算作實驗性質的設備，不具備投放市場的能力。
我國在數字廣播領域與國際完全同步（DRM集團在我國成立足以說明），國內已經有了類似的產品，水平與國外產品沒有明顯珠差距。
圖2
1.5DRM技術發展的機遇與挑戰
DRM系統已基本成熟，即將進入實施階段。但是，一項新技術能否在全球推廣，技術本身的先進性與可行性雖是前提，卻遠非決定因素，市場條件和消費者的接受程度十分關鍵。歷史上已經有不少成功的經驗與失敗的教訓，DRM也把實施問題看作為嚴重挑戰，還把影響國家或地區一級啟動新技術的因素歸納為以下幾點：①技術變更的步伐；②進口或出口控制；③市場成熟性；④財富或個人可支配的收入（PDI）；⑤法規；⑥消費者是否是新技術的早期采用者。
為使DRM取得成功，需要處理好三個關鍵性因素，即廣播機構/網絡運行者、接收機制造商與聽眾之間的關系。可以列出以下的實話依賴關系表（見表2）。
表2實施依賴關系表
參與者依賴性關鍵推動者
廣播機構/網絡運行者接收機可用性聽眾市場頻譜可用性
法規協議
發射機可用性
接收機制制造商內容可用性聽眾市場低知識產權費用
市場規模
廣播機構簽約承擔義務
芯片組可用性
聽眾接收機可用性內容可用性信息的需要
接收機的費用
明確的獨特銷售點
1．6DRAM在我國發展的前景
我國是AM廣播的大國，新世紀開始實話的西部創新工程還將進一步擴大AM廣播的規模，提高廣播覆蓋率與改變邊遠地區空中秩序。
1998年的廣州會議已注意到了中國這樣的大國不容易由調頻（FM）廣播覆蓋（注：中國的陸地面積與歐洲大致相當，比美國本土大200萬平方公里，中國最小的浙江省相當于比、荷、丹三國的總和，新疆則相當于三個歐洲大國德、法、西的總和），因而數字調幅廣播具有很大的市場。由于許多重要的國際廣播機構一直積極參與DRM的活動，今后這些機構很可能較早地開始數字化的短波國際廣播，從而使他們的國際廣播效果大大改善與具有良好的抗干擾性。
我國雖然從1997年起就一直關注與跟蹤數字AM廣播的發展，北京廣播學院還進行了計算機模擬試驗。但鑒于DRM很快進入實話階段，美國開發與評價IBOCDAB技術有較大進展，日本也參加了DRM，因此應該更加積極地創造條件，早日在我國開展相應的實驗室與現場測試，積累自己的數據（中國地形復雜，橫跨寒、溫、熱三帶，電離層條件也不同），并爭取有自己的知識產權，還要利用作為國際電聯與亞廣聯成員的條件和參加各種國際會議與相關活動的機會，積極了解國際新進展，調整與確定發展我國數字聲音廣播的方針政策與計劃日程，積極維護中國在二十一世紀數字調幅廣播領域的權益。
2軟件無線電技術的發展
軟件無線電技術是近年來新興的一種技術，它最早由MITRE公司的約瑟夫·米托拉（Joseph.Mitola）在1992年5月“美國遠程系統會議（NationalTelesystemsConference）”上提出。該項技術一經提出就在世界上產生了重大影響，受到了各方的高度重視。
軟件無線電技術的核心思想是軟件無線電技術將寬帶的A/D變換器盡可能的靠近射頻天線，即盡可能早的將接收到的模擬信號轉化為數字信號，最大程度上通過DSP軟件來實現通信系統的各種功能。圖1為理想軟件無線電系統組成框圖。
作為軟件無線電技術載體的軟件無線電電臺是“用軟件定義波段、調制方式、信號波形的電臺。信號波形由數字信號采樣產生，用寬帶的數模轉換器轉換成模擬信號，可能還要由中頻上變頻到射頻。類似地，接收機使用寬帶的模數轉換器獲得該軟件無線電電臺節點所有波段的信號。接收機用通用處理器上的軟件完成信號的提取，下變頻和解調?！保s瑟夫·米托拉給軟件無線電電臺做的定義。）
理想的軟件無線電電臺應該擁有在全頻帶工作的能力，具有極大的靈活性，任何功能的改變或增加都可以通過軟件升級來完成。由于實際條件的限制，比如寬帶前端射頻模塊的性能不夠理想、寬帶A/D/A的工作帶寬和采樣速率有限、DSP的處理能力不足、總線數據受限等，導致在目前的技術條件下無線實現上述理想軟件無線電系統。為了使得軟件無線電技術可以應用于實踐，就在理想軟件無線電系統的基礎上增加了若干限制條件，使得軟件無線電犧牲了一些靈活性，換來了可實現性。
考慮到DRM目前的犧牲性，為了減小研發的風險，可以考慮采用軟件無線電技術研制發射接收設備，在目前模擬數字混合暑期可以兼容原有的模擬設備，隨著社會的發展，當DRM技術成為主流技術時通過軟件升級就可以將用于兼容的資源專用作數字廣播質量的提升，從而最大限度的保護用戶的利益。
3基于軟件無線電技術的DRM系統
3.1DRM的主要標準介紹
2001年4月4日ITU已通過DRM的標準建議書為ITU-RBS.1514,2001年9月通過歐洲標準為ETSITS101980V1.1.1。單個調幅頻道碼率可達24kbps，雙頻道可達72kbps。在ETSITS101980V1.1.1標準中，主要規定了了頻道使用模式、信源泉編碼方式、復用情況、信道編碼與數字調制方式等內容。
具體來說DRM信號有三種頻道使用模式：半個頻道、一個頻道和四個頻道。半個頻道的模式可以用作模擬和數字同播，作為模擬和數字廣播的平滑過渡的方法。信源編碼推薦了四種方式：MPEG-4AAC（高級音頻編碼），MPEGCELP（刺激線性預測編碼），MPEGHVXC（諧波矢量刺激編碼），SBR（頻帶復制編碼）。復用情況比較復雜，包括信道復用、幀復用、業務復用、數字復用等。信道編碼與數字調制方式包括擾碼生成多項式（x9+x5+1）、TCM編碼方式采用刪除卷級碼與QAM調制結合的方式，交織深度分為短交織（交織長度為0.4s）和長交織（交織長度為2s），數字調制方式采用OFDM和QAM調制。
3.2國外同類產品（SKYWAVE2000）的性能
SKYWAVE2000采用的基本技術情況如表3所示。
表3SKYWAVE2000采用的基本技術情況
頻譜適用波段LF、MF、HF
帶寬選擇復用
與現有范圍的兼容YES
帶外發射與發射機Tx有關
單頻網絡支持YES
頻譜掩蔽在選定的帶寬內為矩形
系統特性調制/信道編碼TCM+RSOFDM/QAM（8、16、64、256）
混合/同播方式YES（DSB/VSB）
音頻編碼MPEG-2Layer3,在電路實施中等待MPEG-4
靈活性YES
交織深度長交織6.6s
短交織0.3s
比特率Min6kbps
Max36kbps
靈活性YES
發射機峰值/平均值功率比4-8dB(與工作模式有關)
SKYWAVE2000的數字編碼與調制原理框圖見圖2。
3.3基于軟件無線電技術的DRM系統接收機
鑒于廣播的特點：帶寬窄，一般為9kHz～10kHz；信號動態范圍大，短波波段的動態范圍高達120dB以上。在軟件無線電電臺選用實現方案方面必須予以考慮。根據文獻[2]的論述，選擇了基于中頻采樣技術的體系結構：在A/D/A與天線之間增加一個寬帶變頻模塊，將全頻帶的信號變頻為一個固定的中頻，通過對該中頻處理實現預定的功能。圖3所示為中頻采樣軟件無線電系統的組成框圖。
3.4基于軟件無線電技術的DRM系統發射機
由于廣播自身的特點，相比于接收機，發射機的研制更為復雜?；谲浖o線電技術的DRM系統發射機由三個較為獨立的子系統：數字編碼與調制子系統、模擬處理子系統和發射子系統組成，其組成框圖及相互關系見圖4。
數字編碼與調制子系統主要負責數字信號處理和幅度、相位的計算；模擬處理子系統負責將I、O的基帶復信號變換到無線發射頻率的調相信號或幅相信號；發射子系統實現功率放大及信號發射。
圖5
3.5基于軟件無線電技術的DRM系統工作原理
基于軟件無線電技術的DRM系統工作原理如圖5所示：
圖5中，信源編碼、復用、能量分集、信道編碼、交織、數字基帶的OFDM映射部分的功能將在數字編碼與調制子系統中利用計算機的處理器、DSP處理器以及專用芯片等通過軟件編程來實現。而無線射頻信號的生成、穩定載波的產生等模擬處理功能將在模擬處理子系統中通過DDS、I、Q調制器等技術或專用器件實現。
數字廣播領域市場廣闊，具有很好的發展空間，目前世界各個主要發達國家都在此領域投入了相當的人力、物力、財力。我國在這一領域的研究水平與國際同步，更不能放棄這一優勢。
摘要：感知無線電技術是在軟件無線電技術基礎上發展起來的一種新的智能無線通信技術，是軟件無線電技術的擴展，它使軟件無線電從預先定義協議的盲目執行者轉變成為無線電領域的智能。感知無線電雖具有獨特的優點，但技術并不成熟，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鍵問題進行了探討，希望能夠對相關工作的開展提供一些參考。
一、感知無線電的概念
感知無線電技術用以實現動態頻譜共享。通過檢測空中信號占用頻譜，通過探知無線環境中空閑頻譜資源，選擇可被自己利用頻率進行通信。租借系統通過采用感知無線電技術，實時跟蹤授權系統占用頻率狀況，隨時使用、釋放頻段，在保障授權系統通信前提下，與授權系統動態共享頻譜。采用頻譜檢測方式獲取頻譜信息可使感知無線電技術能適應無線環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不要求改造現有系統，對無線信道環境和用戶需求都將具有較好適應性。
感知無線電技術動態頻譜共享是自適應傳輸技術思想在頻譜分配領域的運用。自適應傳輸使無線通信系統數據傳輸適應信道傳輸能力的變化，通過提高數據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占用的頻譜適應無線環境頻譜使用狀況的變化，通過增加共享同一頻段的系統數、用戶數來提高頻譜利用率。不管是自適應傳輸技術還是感知無線電技術，其思想的核心都是無線通信系統能自動地適應外界環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能檢測系統各層參數與狀態，如鏈路質量、網絡拓撲、業務負載、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境下，要求移動設備能夠在異構網絡間切換，實現包括終端、網絡和業務在內的端到端重配置。這也就是所謂的認知網絡(CognitiveNetwork)。
二、感知無線電關鍵技術分析
作為一種新的智能無線通信技術，感知無線電可以感知到周圍的環境特征，采用構建方法進行學習，通過相關描述語言與通信網絡智能交流，實時調整傳輸參數，使系統的無線規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的高可靠性和頻譜利用的高效性。無線規則指一系列適合無線頻譜合理使用的射頻帶寬、空中接口、相關協議和空間時間模式的設置。感知無線電系統的重構能力很重要，該功能就是以軟件無線電作為平臺來實現的。重構功能是由軟件無線電實現，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，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、信道狀態估計及其容量預測、功率控制和頻譜管理，它們的順序執行使感知無線電系統的感知功能得以實現。
2.1感知無線電技術與動態頻譜分配
未來移動通信系統滿足用戶需求的關鍵點是提高頻譜利用率。移動通信的發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，優化網絡、提高組網能力。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，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，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，允許任意系統占用。盡管固定頻譜分配方式能夠改善系統干擾問題，但由于頻譜的授權系統并不是在任何地區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共享一個頻段，雖然優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，一個系統占用頻率前并不知道該頻率是否正在被其它系統使用，從而導致了兩方面的問題?？梢?，如果僅僅是簡單地允許多個系統共享頻譜，而不避免系統間干擾，會制約頻譜利用率的提高，并且不能保證通信質量。為解決頻譜短缺與頻譜利用率低下的矛盾，可以考慮采用動態頻譜分配方式。允許多個系統共享同一頻段，各系統只在需要通信時才能占有頻段，通信結束就釋放頻段，而且必須控制系統間干擾，后接入的系統不能影響其它已有系統的通信。為與現有通信系統兼容，分配頻段上授權系統有使用頻譜的最高優先級，只要不影響授權系統通信，租借系統與授權系統動態共享頻譜。這種動態的頻譜共享包含時間與空間兩方面。在時間上，當授權系統不使用所分配的頻率時，租借系統可以占用頻率，但當授權系統重新占用頻率時，租借系統必須及時地歸還頻率。
2.2信道狀態估計及其容量預測
信道估計的結果可用來計算信道容量，用于控制發送端的信號能量，可使用香農法則計算信道容量C，但在感知無線電系統中并不直接在發送端傳輸C的信息，而是量化C，一定的量化率用于反饋發送端，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，無線系統的傳輸率是波動的，當其超出一定界限時，就會引起系統的不正常工作，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中功率控制的實現以分布方式進行，以擴大系統工作范圍，提高接收機性能?？刂瓢l送端功率是感知無線電系統的關鍵技術之一。在多址接入的感知無線電信道環境中，主要采用協作機制方法，包括規則及協議和協作的Adhoc網絡兩方面內容。多用戶的感知無線電系統彼此協作工作，基于先進的頻譜管理功能，可以提高系統工作性能，支持更多用戶接入。
2.3.2動態頻譜管理
動態頻譜管理也稱為動態頻譜分配，具有實現系統頻譜高效利用的功能。在感知無線電系統中，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，選擇一種調制方式以適應時變的無線傳輸環境，使系統工作在可靠傳輸的狀態下。系統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
傳統的軟件無線電不能與網絡進行智能交流，因為沒有基于模式推理計劃能力和沒有相關描述語言。在以軟件無線電為發展平臺的感知無線電研究中，研究表示無線系統知識、計劃和所需語言是關鍵技術，無線電知識描述語言(RKRL)應運而生，它表示了無線規則、系統配置、軟件模塊、網絡傳送、用戶需求、應用環境等知識。
參考文獻：
何麗華，謝顯中，董雪濤，周通.感知無線電中的頻譜檢測技術[J].通信技術，2007，(05)
王軍，李少謙.認知無線電：原理、技術與發展趨勢[J].中興通訊技術，2007，(03)
譚學治，姜靖，孫洪劍.認知無線電的頻譜感知技術研究[J].信息安全與通信保密，2007，(03).
劉元，彭端，陳楚.認知無線電的關鍵技術和應用研究[J].通信技術，2007，(07)
衛星通信技術則是由使用圍繞地球的同步/非同步的通信衛星來做一個中間站進行一種遠距離通信的實現方式。它本質上是由微波通信以及航天技術之上發展新穎的無線通信的技術，而衛星通信技術自身采用的無線電頻率為微波頻段。從而產生的衛星通信技術，它的主要特點就是傳輸的距離遠，且頻率高。也因為衛星通信頻帶寬，且頻率高，變化范圍大的重要優點，衛星通信技術在我國的軍事建設和經濟發展等方面都具有深遠的意義。
我國的現今衛星通信技術的發展在擴展新的頻段，加強先可用的頻段的利用率以及現在公用干線的通信網都應該一步步轉向跟隨寬帶化的發展趨勢，能夠準確地利用衛星通信技術來建立我國的衛星寬帶業務以及數字化通信網絡。所以對于衛星通信網技術而言應該逐漸的走向小型化的、智能化的未來方向。從目前我國的計算機科技的水平來看，假設把設備功能全部換由軟件來進行操作實現，那么由于軟件的特點也就是需要按照一條條的指令來運行，就算我們采用多處理器的方式來進行協助共同運算，也沒有辦法真正保障高頻率情況下的處理能夠及時有效，也使得軟件無線電技術在衛星通信領域中的使用范圍明顯受到限制?；谝陨显?，以下設計想法是為了能夠讓軟件無線電技術能真正應用在衛星通信方面。
首先我們所有的設備都需要經過模塊化處理，各個模塊分開保證控制功能，以及各個模塊之間的高速數據的交換問題。而信道設備以及接口設備的內部結構信道設備包括調制解調器、信道的編譯碼器和置亂器等，在總的CPU的控制之下，信道設備的具體參數值可以做到由軟件來進行定義處理。而將無線射頻的設備、信道設備和接口設計在衛星通信技術中也是十分關鍵的存在。再來考慮到了衛星通信技術有著多址方式，業務類型廣以及其頻率高且變化區域廣等各種優點，在信道設備和接口設備的設計選用模塊化的設計構思。各個模塊應該能夠各自擁有能定義自身功能的各個軟件接口，而選用的軟件接口更應保證標準化以方便各個不同供應商的生產。然后在各個模塊的具體設計上面，也要根據具體運算量大小，選擇不同的軟件接口功能。再來根據具體的各類應用環境，更加靈活地修改和使用數據幀結構，并且保證以軟件協同硬件兩相結合的方式實現。最后就是設備功能和系統功能的定義要靠網絡管理系統來最終實現。
伴隨著因特網大面積普及及現在移動網絡的迅猛發展，衛星通信技術絕對會在未來迎來更進一步的發展機會?，F在我國逐漸采用自主研發的通信衛星為主體，來建立完善的衛星通信系統。軟件無線電技術作為一個可利用在衛星通信方面的技術來說，也一定會伴隨衛星通信的腳步，成為加速我國科技發展的重要技術。
2結語
當前的信息技術領域，尤其是通信領域正在進行著突飛猛進的發展，各種技術體制層出不窮，其大趨勢便是傳統的模擬系統徹底轉變為數字系統，在此期間，無線通信的發展也同樣方興未艾，基于軟件的廣電系統也在其中。
1.1基于軟件的廣電系統
軟件無線電的最大特色在于其在底層硬件的支持之下，以軟件編程的模式來完成傳統廣電系統的所有技術功能，從而一舉改變了傳統的僅僅依賴硬件的方案?；谲浖膹V電系統正是通過此原理來構建的數字化技術的廣電系統。最重要的核心模塊是“數字電視（廣播）通用調制”模塊，其主要功能一方面能夠進行所有類別的廣播電視數字信號的產生，還包括為原始信號插入各類輔助功能信號，例如同步信號、時鐘信號以及糾錯冗余信號等等。通過靈活的軟件編程，一方面能夠方便地產生所需的各種格式的數字信號，從而使之能夠和各類底層協議模塊相互匹配，另一方面也能夠較方便地進行升級換代，和幾乎所有的主流傳輸介質相兼容。如果體制中增加了新的編碼模式，則不必更換硬件模塊，只需在軟件方面進行接口和協議的改動即可完全適應新的方式，因此設備的升級換代變得非常方便，節約了投資，設備的研發周期也大大縮短，新的功能能夠靈活地加入進來。在具體的技術實現方面，由于當前的光電通信底層網絡已經擁有很高的傳輸速率與很高的帶寬水平，而當前的各類硬件價格正在不斷下降，升級更新周期也逐漸縮短，因此應該將靈活的軟件模塊與固有的硬件模塊進行協同配合設置，以實現技術收益的最大化。結合當前的信息技術現狀，假若將整個的系統均交由軟件來設計與實現，則軟件的執行對于CPU等資源的耗費是必須考慮的。因此在全面考慮之下，其可行的方案為：
（1）底層信息傳輸系統以模塊化的方式進行構建，由不同的模塊提供針對性的軟件接口，共同構建信道系統，主要有調制解調模塊、頻率分配模塊、編譯碼模塊等等，這些模塊均接受中央處理單元的控制，軟件的使用主要體現在對信息傳輸系統的參數設置方面，例如調制解調模式的設置與選擇、信道編解碼方式的設置于選擇、信道加密解密模式的確定等等。
（2）具體模塊在實現方面則選擇硬件與軟件配合使用的模式，將各類負載合理地分配在軟件單元與硬件單元之上，為了減少軟件對于資源的消耗，可以在硬件方面做出一些調整，例如增加一些可編程芯片等。
1.2基于軟件的數字電視系統
當前，我國比較通行的數字電視主要存在著DVB-S，DVB-C以及DVB-T等制式，而且由于用戶的原因，數字電視將在很長的一段時期之內同時兼容各類制式。這些情況也直接體現在我國目前的主流數字電視接收機的廠商中，當前的機頂盒也充分考慮了多種制式的現象，這也能夠推進我國數字電視的推廣速度，使其覆蓋范圍擴大，使用戶的投入減少。構建的數字電視系統，能夠結合不一樣的傳輸制式，來為其加載相對應的軟件單元，從而實現終端與傳輸底層協議的匹配，已經被證實是一種比較可靠的實現方法和解決方案。目前對這種技術進行推廣的主要阻力來自于成本問題，由于數字電視最終歸屬于普通的家電類商品，如果定價偏高則會鮮有人問津。而隨著微電子技術突飛猛進的發展，不少產品的成本正在逐步降低，因此給予軟件的數字電視產品最終會通過市場來反哺其研發，實現良性的循環。
2結束語
摘要：感知無線電技術是在軟件無線電技術基礎上發展起來的一種新的智能無線通信技術，是軟件無線電技術的擴展，它使軟件無線電從預先定義協議的盲目執行者轉變成為無線電領域的智能。感知無線電雖具有獨特的優點，但技術并不成熟，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鍵問題進行了探討，希望能夠對相關工作的開展提供一些參考。
一、感知無線電的概念
感知無線電技術用以實現動態頻譜共享。通過檢測空中信號占用頻譜，通過探知無線環境中空閑頻譜資源，選擇可被自己利用頻率進行通信。租借系統通過采用感知無線電技術，實時跟蹤授權系統占用頻率狀況，隨時使用、釋放頻段，在保障授權系統通信前提下，與授權系統動態共享頻譜。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能適應無線環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不要求改造現有系統，對無線信道環境和用戶需求都將具有較好適應性。
感知無線電技術動態頻譜共享是自適應傳輸技術思想在頻譜分配領域的運用。自適應傳輸使無線通信系統數據傳輸適應信道傳輸能力的變化，通過提高數據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占用的頻譜適應無線環境頻譜使用狀況的變化，通過增加共享同一頻段的系統數、用戶數來提高頻譜利用率。不管是自適應傳輸技術還是感知無線電技術，其思想的核心都是無線通信系統能自動地適應外界環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能檢測系統各層參數與狀態，如鏈路質量、網絡拓撲、業務負載、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境下，要求移動設備能夠在異構網絡間切換，實現包括終端、網絡和業務在內的端到端重配置。這也就是所謂的認知網絡(CognitiveNetwork)。
二、感知無線電關鍵技術分析
作為一種新的智能無線通信技術，感知無線電可以感知到周圍的環境特征，采用構建方法進行學習，通過相關描述語言與通信網絡智能交流，實時調整傳輸參數，使系統的無線規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的高可靠性和頻譜利用的高效性。無線規則指一系列適合無線頻譜合理使用的射頻帶寬、空中接口、相關協議和空間時間模式的設置。感知無線電系統的重構能力很重要，該功能就是以軟件無線電作為平臺來實現的。重構功能是由軟件無線電實現，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，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、信道狀態估計及其容量預測、功率控制和頻譜管理，它們的順序執行使感知無線電系統的感知功能得以實現。
2.1感知無線電技術與動態頻譜分配
未來移動通信系統滿足用戶需求的關鍵點是提高頻譜利用率。移動通信的發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，優化網絡、提高組網能力。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，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，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，允許任意系統占用。盡管固定頻譜分配方式能夠改善系統干擾問題，但由于頻譜的授權系統并不是在任何地區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共享一個頻段，雖然優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，一個系統占用頻率前并不知道該頻率是否正在被其它系統使用，從而導致了兩方面的問題?？梢姡绻麅H僅是簡單地允許多個系統共享頻譜，而不避免系統間干擾，會制約頻譜利用率的提高，并且不能保證通信質量。
為解決頻譜短缺與頻譜利用率低下的矛盾，可以考慮采用動態頻譜分配方式。允許多個系統共享同一頻段，各系統只在需要通信時才能占有頻段，通信結束就釋放頻段，而且必須控制系統間干擾，后接入的系統不能影響其它已有系統的通信。為與現有通信系統兼容，分配頻段上授權系統有使用頻譜的最高優先級，只要不影響授權系統通信，租借系統與授權系統動態共享頻譜。這種動態的頻譜共享包含時間與空間兩方面。在時間上，當授權系統不使用所分配的頻率時，租借系統可以占用頻率，但當授權系統重新占用頻率時，租借系統必須及時地歸還頻率。
2.2信道狀態估計及其容量預測
信道估計的結果可用來計算信道容量，用于控制發送端的信號能量，可使用香農法則計算信道容量C，但在感知無線電系統中并不直接在發送端傳輸C的信息，而是量化C，一定的量化率用于反饋發送端，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，無線系統的傳輸率是波動的，當其超出一定界限時，就會引起系統的不正常工作，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中功率控制的實現以分布方式進行，以擴大系統工作范圍，提高接收機性能?？刂瓢l送端功率是感知無線電系統的關鍵技術之一。在多址接入的感知無線電信道環境中，主要采用協作機制方法，包括規則及協議和協作的Adhoc網絡兩方面內容。多用戶的感知無線電系統彼此協作工作，基于先進的頻譜管理功能，可以提高系統工作性能，支持更多用戶接入。
2.3.2動態頻譜管理
動態頻譜管理也稱為動態頻譜分配，具有實現系統頻譜高效利用的功能。在感知無線電系統中，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，選擇一種調制方式以適應時變的無線傳輸環境，使系統工作在可靠傳輸的狀態下。系統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
傳統的軟件無線電不能與網絡進行智能交流，因為沒有基于模式推理計劃能力和沒有相關描述語言。在以軟件無線電為發展平臺的感知無線電研究中，研究表示無線系統知識、計劃和所需語言是關鍵技術，無線電知識描述語言(RKRL)應運而生，它表示了無線規則、系統配置、軟件模塊、網絡傳送、用戶需求、應用環境等知識。
參考文獻：
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