感知射频技术

感知射频技术(Cognitive Padio)

　　感知射频技术提供了一种与传统单一波段、单一协议不同的无线通信技术，它的特点是低损耗、高度的适应性。CR技术提出的初衷是保持现有成熟的通信体系基础上提高频谱利用率。感知射频技术的基本思想在射频设备中嵌入智能检测系统，该智能检测系统能够监测大范围频谱状况，这样，射频系统便可以了解到周围有哪些波段未被占用，那么CR系统就可以暂时使用该频段进行通信;当CR系统检测该频段的法定使用者恢复通信，则该设备将放弃该波段，或者是继续占用该波段，但要调整发射功率、或者是载波的调制方式，不能给原来用户引入干扰，不能对使用该波段的用户通信造成影响。CR能够利用所在环境的空闲信道进行通信，提高频谱利用率。

　　CR技术可以看作是SDR(软件定义无线电)技术的一个扩展。SDR技术具有中频可编程数字接入能力，它包括软件硬件两部分，通过管理和分配软硬件资源来实现通信，SDR允许在不改变硬件的条件下自适应调配到许多标准所采用的无线电频率但是其本质还是束缚在一系列的波段和协议上。SDR技术能适应变化的通讯协议并进行接入，CR技术在吸收了其优点的同时，又扩展了另外一项新技术，自动感知周围的无线环境，进行自学习。是否能够识别非可用的波段、频间干扰以及频段使用模式等，成为了CR技术区分SDR技术的明显标志。这种新颖的特点也注定了若使CR技术成为一种实用的技术将要而临很多技术和频段管理上的难题。

　　虽然感知射频欲实现的目标相当明确，但是在实际实现过程中却存在很多问题。要研究可行系统的最佳方案，就要制定其实现过程的标准。不同的射频系统有着不同的性能，CR设备需要能够检测空闲频段，之后它将检测整个频谱的占用情况，并且要检查该频谱是否允许使用。如果能够使用，则设备根据周围环境情况选择可以进行通信的方式，如信号的发射功率，调制方式以及发射信号的其它一些属性。确定采用何种方式发射信号后，有时候会对一些用户带来干扰。这些干扰有必要进行评估，要确保干扰足够小而不影响这些用户的正常使用。如果能够达到这项要求，感知射频技术的设备可以临时使用该波段进行通信;否则，感知射频系统还是不能使用该波段。

　　CR网络对其软件和智能程度有很高的要求，n动选择空闲频率进行通信，并且能够即时调整发射功率，覆盖范围和传送数据速率，使其达到最优化。在这方而有一些经验可以借鉴，如Bluetooth能够实现自适应调频来避免频率之间相互干扰;蜂窝通信可以调整其发射功率，来降低干扰实现系统性能的优化;Wi-Fi可以适当调整其发送码率，也是为了适应不利的传输环境而进行的调整。这些经验都可以用于CR系统。

　　CR技术所使用的频段非常广，所以在实用过程中要处理一些列的接口。这些接口包括UHF波段电视接口，蓝牙接口，UWB接口，无线局域网接口，WiMax接口甚至移动通信的接口。现在所有的射频技术规范都被限制在某一个频带，所有的自适应灵活性都是在相应的频段上针对各自的接入控制设备设计的，还没有能够涉及到多个波段的技术。CR技术要求非常灵活的射频技术和混合信号接受处理技术，以便能够在非常广的波段上进行通信。这将是CR技术中的一项挑战。

　　CR技术中使用的波段范围是几百MHz(电视波段)到6GHz(Wi-Fi波段)oCR设备在低功率发射的环境下，在如此宽的波段上捕获信号并进行处理，就对设备的天线、信号处理器、滤波器等有很高的要求，才能获得比较好的系统性能。这将应用到智能天线，信号处理，滤波器设计等领域的尖端技术。

　　CR技术对射频技术提出了一项新的独特的要求，即设备要能够根据本地的干扰环境情况(美国FCC称之为噪声温度)随时调整其发射信号的性能和属性。一方面，当某波段未被占用时，精确的检测噪声温度能够使CR设备有条件的使用该波段，其条件就是当波段使占用者重新开始通信的时候，CR设备就得寻找其它的空闲波段通信了。检测CR设备可能对其它未知的射频设备造成的干扰也是非常必要的。在现在CR研究者中分为两个流派一种完全独立感知频段的技术，第二种就是基于数据库驱动的方式。后者，就是将所有频段设备都将各自的参数信息输入数据库，之后实时的更新数据库信息，包括所在范围内有哪些频率在使用，以及各自频率的对干扰的容错能力。而对如此多的难题，智能识别和数据库的一种组合可能是较为合适的一种选择。

　　影响感知射频技术发展和使用的主要因素之一是频谱管理状况。感知频谱技术若成为可行的技术，需要一套更为灵活的频谱管理方法，因为CR技术需要能够涉及到相当广的波段，需要使用不同的调制模式。只有使用更多的可行接入方案，才能够避免不同频段之间的干扰，才能够更为充分的利用频谱资源。但是这就要从根本上改变过去的无线电频带的分配状态，是一个非技术性的问题，但其中可能涉及到多方利益，也是一个棘手的问题。如在美国，未被占用的电视频道波段是进行小功率传输的比较理想的波段，美国FCC支持;但是广播协会就要竭力反对，因为美国电视传播特点是大范围的覆盖而，这些电视波段在其边缘覆盖区将要受到干扰。欧洲拟采取相对折中的方案，CR设备既可以以某种法定的形式使用一个波段，也可以在现有频谱分配格局下暂时取得使用某个频段的许可来进行通信。但CR还在发展，也不一定就是最终的方案。