基于认知无线电军用抗干扰电台设计

基于认知无线电的军用抗干扰电台的设计

【摘要】认知无线电技术被公认为是解决频谱资源紧张和频谱利用率低的最佳方案，该技术能够赋予无线电台电磁环境感知能力，有效解决频谱资源的利用和管理问题，提高电台的抗干扰性能。文中首先概述了认知无线电基本概念、技术特点以及技术原理，然后分析了认知无线电在军事通信领域的应用优势，最后深入阐述了基于认知无线电的军用抗干扰电台的设计问题。

【关键词】认知无线电；频谱感知；抗干扰电台

【abstract】cr technology is the best solution universally acknowledged for resolving the spectrum resource tension and the low spectrum utilization rate. the technology can make radios have the ability of perceiving environment and effectively resolve the problem of spectrum utilization and management， so that it improves anti-interference performance of radios. firstly， this paper summarily narrates the base knowledge of cr， the technique characteristic and the technology principle。 then， it analyzes the application advantage of cr in the military communication field. at last， this paper deeply states the design problem of military anti-interference radio based on cr.

【key words】cognitive radio（cr）；spectrum sensing；

anti-interference radio

0 引言

在信息化条件下的战争中，获取信息优势是战争胜负的关键。由于战争的突发性和战场的移动性，无线通信无疑成为最主要的通信方式。但随着军用无线通信网络规模的不断扩大，可用频谱资源变得越来越稀缺。美国联邦通信委员会（fcc，federal communications commission）的大量研究发现：当前频谱的利用情况极不平衡，一些非授权频段占用拥挤，而有些授权频段则经常空闲[1]。来自美国国家无线电网络研究实验床（nrnrt，national radio network research testbed）项目的一份测量报告表明：3ghz以下频段的平均频谱利用率仅有5.2%[2]。因而，频谱利用率低的问题日益成为制约军用无线通信性能提高的瓶颈。

认知无线电（cr，cognitive radio）[3]作为一种智能频谱共享技术，能够依靠人工智能的支持，感知无线通信环境，根据一定的学习和决策算法，实时自适应地改变系统工作参数，动态的检测和有效地利用空闲频谱，理论上允许在时间、频率以及空间上进行多维的频谱复用。近些年，国内外认知无线电的军事应用情况表明，该技术不仅为解决频谱利用率低的问题提供了有效途径，而且对电子对抗带来了新的挑战和机遇，比将促进通信对抗装备的快速发展。

1 认知无线电基础理论

1.1 认知无线电的定义

自1999年“软件无线电之父”joseph mitola博士首次提出了认知无线电的概念并系统地阐述了其基本原理以来，不同的机构和学者从不同的角度给出了认知无线电的定义，其中比较有代表性的包括fcc和著名学者simon haykin教授的定义。fcc认为“认知无线电是能够基于对其工作环境的交互改变发射机参数的无线电”[4]。simon haykin则从信号处理的角度出发，认为“认知无线电是一个智能无线通信系统，它能够感知外界环境，并使用人工智能技术从环境中学习，通过实时改变某些操作参数（比如传输功率、载波频率和调制技术等），使其内部状态适应接收到的无线信号的统计性变化，以达到任何时间、任何地点的高度可靠通信和对频谱资源的有效利用的目的”[5]。该定义较好地兼顾了数字信号处理、网络、人工智能和计算机软硬件实现，在该定义基础上提出的认知环模型（如图1）也能较好地反映认知无线电的概念和内涵。

其中，“策略决策”将特征提取数据作为依据，综合了频谱管理中心分配的频谱资源、业务需求等信息，在决策库中选出最佳通信方案并予以“实施”。

1.2 认知无线电的主要技术特点

认知无线电的关键技术主要包括：频谱感知检测技术、自适应传输技术、频谱资源管理技术（包括频谱分析和决定等）[6]，这些关键技术构成了cr技术体系框架，决定了cr具有以下技术特点，见表1。

1.3 认知无线电的基本原理

基于认知无线电的无线电通信系统不是工作在一个固定的频段上，而是能自动搜索一个合适的频段并在该频段上进行通信，并具有环境感知和传输参数自适应修改的功能。通过对环境的理解实时改变和调整它的内部状态，适应外部无线环境的变化，从而实现频谱共享，动态的增加网络和个人用户的可用频谱总数，为频谱分配提供了一个可行的解决方案。基于cr的通信网络中基本通信运行流程如图2所示。通信节点通过环境感知模块感知周围环境的频谱信息、通过误码监测获得通信质量信息；通过认知信息获取、传递与综合分析和决策处理，确定通信频率、速率和波形等通信参数捷变策略，并形成信令传递到各节点，实现通信网络的自适应调整。图1 环境认知环模型

表1 认知无线电的技术特点

图2 基于cr的通信网络基本通信运行流程

2 认知无线电在军事通信领域的应用优势

2.1 增加通信系统容量

无线频谱短缺的问题，不仅在民用领域比较突出，在军用领域也是如此。尤其是在现代战争条件下，多种电子设备在有限的地域内密集开设，使得频谱资源异常紧张。近些年，随着民用无线电设备的更新换代和用户数量的急剧增加，对频谱的需求也越来越多。一些国家的技术组织已经申请将部分军用频谱划归民用。这一动向无疑将进一步加剧军用无线电频谱资源短缺的问题。而cr能够动态利用频谱资源，理论上可使频谱利用率提高数十倍。因此，即便是