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2 无线区域网和认知无线电技术

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作者:田峰 程世伦 杨震; 摘要：802.22工作组的主要任务是开发和建立一套基于认知无线电(CR)技术，在现有电视频段利用暂时空闲的频道进行无线通信的区域网空中接口标准 。由于基于802.22协议的无线区域网(WRAN)工作在现有电视频段中，要求不能对正在广播的电视频道产生干扰，所以WRAN采用了认知无线电技术，对电视频段进行感知和测量，利用动态频谱治理技术找到空闲频道进行再分配 。认知无线电技术将是未来无线通信的发展方向之一 。本讲座将分3期对无线区域网和认知无线电技术进行介绍，第1讲介绍无线区域网络和IEEE802.22工作组情况，包括WRAN背景、802.22系统、802.22空中接口等；第2讲介绍认知无线电技术和实现其的基础软件无线电(SDR)技术，包括无线电知识描述语言(RKRL)和认知循环、无线电频谱礼仪等；第3讲介绍802.22WRAN频谱共存问题和认知无线电技术的应用 。
基金项目：教育部重点科技项目(206055)
2.认知无线电
无线区域网(WRAN)工作在现有电视频段中，采用动态频谱治理技术，实现与现有电视系统的频谱共享，最大限度地提高频谱利用率 。认知无线电(CR)是实现WRAN的要害，而且被普遍认为是解决目前无线频谱利用率低问题的最佳方案 。虽然认知无线电技术的发展刚刚起步，然而，放眼未来，可以认为它极具潜力 。认知无线电可以在提高无线频谱使用效率、改善无线通信系统性能等方面发挥重要作用，并且随着人工智能和信号处理技术的不断发展，认知无线电将会使得无线通信系统更加智能化，将对人类社会未来的通信发展产生不可估量的影响 。
2.1认知无线电目前的研究现状
认知无线电(Cognitive Radio)这个术语首先是Joseph Mitola在软件无线电概念的基础上提出的 。1999年Mitola在他的博士论文中描述了一个认知无线电系统，通过无线知识描述语言(RKRL)来加强个人无线服务的灵活性，对认知无线电进行扩展，并给出了令人感爱好的跨学科的认知无线电的概念总结 。
美国联邦通信委员会(FCC)2002年发布的频谱政策非凡工作组(SPTF)报告，对频谱资源的使用政策具有深远的影响 。报告设定了认知无线电工作组，并于2003年5月在华盛顿成立，随后在2004年3月在美国拉斯维加斯召开了一个认知无线电的学术会议，标志着认知无线电技术正式起步 。
学术界也行动起来，闻名通信理论专家Simon Hakin在2005年2月JSAC in Communications上发表了关于认知无线电的综述性文章“Cognitive radio: brain-empowered wireless communications”，开始了国际性的认知无线电技术研究 。随后Berkeley、Virginia、Stevens等大学研究所和软件无线电(SDR)论坛等研究组织纷纷展开研究，Rutgers大学Winlab实验室还进行了认知无线电平台的开发 。
美国国防部(DARPA)的XG计划将研制以认知无线电为核心的系统方法和要害技术，以实现动态频谱接入和共享 。XG称其论证的频谱效率可使目前的频谱利用率提高10～20倍 。图5为XG计划的动态频谱利用图 。Intel、Qualcomm、Philips、Nokia等公司也已经开始着手进行认知无线电系统技术的研究 。
认知无线电的目的在于提高频谱利用率 。但这不仅是个技术问题，由于要从根本上改变过去的无线电资源分配状态，因此要想实现认知无线电，除技术开发之外，还必须有政府法规上的支持 。美国2004年5月颁布建议制订规则通告(NPRM)，答应在不影响授权用户(如电视接收者)的前提下，通过基于认知无线电的技术使用电视广播频段中的未授权的无线资源，放宽了认知无线电实用化的限制 。日本也已公布将于2005年开始探讨该技术 。欧洲的德国、英国、意大利、瑞典等目前都有相关机构在研究认知无线电 。

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