认知无线电原理技术与发展趋势
认知无线电:原理、技术与发展趋势

是切换 到其它 空 闲频 段通信 ; - 续使 -是继
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关 系
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适用于无线通信的频谱资源变得 日益紧张, 成为 制约无 线通 信 发展 的新 瓶 颈 。另一 方 面 , 分配给现有很多无 线 系统 的频谱 资 已经 源 却在时 间和空 间上存在不 同程 度 的闲置 。
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( N 在 放 大 所 需 信 号 的 同 时 最 小 化 噪 L A)
浅谈认知无线电技术

汇报人:文小库2023-11-17•认知无线电技术概述•认知无线电技术的原理与技术•认知无线电技术的优势与挑战•认知无线电技术的发展趋势与展望•认知无线电技术的实际应用案例认知无线电技术概述01认知无线电(Cognitive Radio, CR)是一种智能无线电通信技术,能够感知并理解周围的无线电环境,动态地调整其传输参数,如频率、功率等,以提高无线频谱的利用效率。
认知无线电的特点主要包括灵活性、自适应性、智能性和环保性。
它能够根据无线电环境的实时变化来动态调整传输参数,以适应不同的通信需求和保障通信质量。
此外,认知无线电还具有节能环保的优势,能够有效地利用无线频谱资源,缓解频谱资源紧张的问题。
定义和特点VS认知无线电技术的研究始于20世纪90年代,随着无线通信技术的快速发展和频谱资源的日益紧张,认知无线电技术逐渐成为研究的热点。
各国政府和企业纷纷投入大量的人力和物力资源进行认知无线电技术的研究和开发。
目前,认知无线电技术已经取得了显著的进展,各种先进的认知无线电技术和系统不断涌现。
未来,认知无线电技术将继续朝着智能化、自适应性和节能环保等方向发展,为无线通信技术的发展带来更多的创新和突破。
认知无线电技术的历史与发展认知无线电技术可以应用于各种无线通信系统,如移动通信、卫星通信、物联网、智能家居等。
在这些系统中,认知无线电技术可以通过感知周围无线电环境的变化,动态地调整传输参数,提高频谱利用效率,保障通信质量。
例如,在移动通信系统中,认知无线电技术可以感知并避免干扰,提高频谱利用效率,增加网络容量和覆盖范围。
在卫星通信系统中,认知无线电技术可以通过动态地调整传输参数,适应不同卫星的运动轨迹和通信需求,保障通信质量。
认知无线电技术的应用场景认知无线电技术的原理与技术02认知无线电技术通过感知无线电环境,理解信号传播特性,从而获取空闲频谱的机会。
通过构建频谱地图,对频谱使用情况进行记录和分析,为后续的频谱管理和优化提供数据支持。
无线电力传输技术的基本原理与应用前景

无线电力传输技术的基本原理与应用前景无线电力传输技术是一种通过无线电波实现能量传输的技术,其基本原理是利用电磁感应原理将电能转换为无线电波,然后通过无线电波传输到接收器,再将无线电波转换为电能。
该技术可以实现远距离的能量传输,无需使用导线,具有很大的应用潜力。
1.发射器:发射器通过电源将电能转换为高频电能,然后将高频电能转换为高频电磁能量。
发射器通常由电源、功率放大器和天线组成。
2.传输介质:传输介质是指无线电波在空间中传播的媒介,可以是空气、真空等。
无线电波在传输介质中传播时,会形成电场和磁场的振荡,从而传播能量。
3.接收器:接收器通过天线将传输介质中的无线电波转换为电磁能量,然后通过电源将电磁能量转换为电能。
接收器通常由天线、谐振电路和整流电路组成。
1.移动充电:无线电力传输技术可以用于无线充电设备,如智能手机、平板电脑、电动汽车等。
只需将设备放置在无线充电设备的范围内,即可实现无线充电,方便快捷。
2.智能家居:无线电力传输技术可以应用于智能家居系统中,使各种家电设备实现无线供电,消除电线和插头的烦恼。
3.工业领域:在工业领域,无线电力传输技术可以用于传输高功率的电能,满足大功率设备的需求,如工作机器人、无人机等。
4.医疗领域:医疗设备常常需要长时间提供电能,无线电力传输技术可以使医疗设备的供电更加灵活方便,避免了传统插头的使用,提高了患者的舒适度。
5.环境保护:无线电力传输技术避免了传统电线的使用,减少了电线产生的资源消耗和环境污染,有利于减少对环境的负面影响。
虽然无线电力传输技术具有广阔的应用前景,但目前仍存在一些挑战需要克服。
首先,无线电力传输技术的传输效率较低,有一定能量损耗。
其次,由于无线电波的折射和干扰等因素,传输距离有限。
还有一些安全性和健康问题需要进一步的研究和解决。
综上所述,无线电力传输技术作为一种方便、高效的能量传输方式,具有广阔的应用前景。
随着技术的不断进步,相信无线电力传输技术将在未来得到更广泛的应用。
无线电技术的发展及未来趋势

无线电技术的发展及未来趋势随着科技的不断发展,无线电技术在我们的日常生活中发挥着越来越重要的作用。
无线电技术可以让人们通过无线通信实现远距离的沟通,还可以用于雷达、导航、无人机等领域。
在这篇文章中,我们将探讨无线电技术的发展历程以及未来的发展趋势。
一、无线电技术的发展历程无线电技术最初的形式是电磁波的发现。
19世纪末,科学家们发现了电磁波的存在。
在那个时代,人们已经开始使用电报,可以通过电线传送信息。
但是,电线只能够在有电线的地方进行通信。
科学家们试图找到一种可以在远距离进行通信的方法,于是无线电技术就应运而生了。
最初的无线电通信是通过收发电报机来完成的。
人们使用电磁波将信息发送到另一端,接收机接收到信号后将其翻译成文字。
不久之后,人们开始使用无线电广播。
无线电广播可以将声音信号通过电磁波传送到广播接收器中,使人们可以听到广播节目。
无线电技术的发展不仅仅局限于通信和广播,还涉及到其他领域,如雷达和导航。
雷达是一种利用电磁波对周围物体进行探测的技术。
人们可以通过雷达观察飞机、船只等运动物体的位置、速度和方向。
导航是指利用无线电信号来确定位置和方向。
GPS 就是一种采用无线电技术的导航系统。
二、未来的无线电技术趋势在未来,无线电技术将继续发展,为人们带来更多的可能性。
以下是一些可能的未来发展趋势:1.5G技术5G技术是目前热门的话题,但是5G技术还需要一定的时间才能够普及。
在此期间,5G技术的升级版本“5G enhanced(5G增强版)”和“5G evol ution(5G进化版)”会逐渐问世。
这些技术可以提供更快的网速和更稳定的网络连接,以满足日益增加的无线设备的需求。
2.智能化在未来,无线电技术将更加智能化。
人们可以通过一个智能设备完成各种操作,如打开家中的灯光或者操纵家用电器。
这些设备都将使用无线电信号来通信,可以提高日常生活的便利性。
3. 无线充电无线充电是未来无线电技术领域的一种可能趋势。
认知无线电技术的研究与优化

认知无线电技术的研究与优化认知无线电技术是近年来发展最为迅速的无线电技术之一。
其核心思想是通过对无线电频谱的实时监测和分析,实现对无线电频道的自适应管理和智能分配。
因此,它被广泛应用于无线电资源共享和频谱利用效率提高的领域。
本文将从认知无线电技术的原理、应用领域以及研究与优化方向三个方面,为读者详细介绍认知无线电技术。
一、认知无线电技术的原理认知无线电技术的核心是通过实时监测和分析无线电频谱,获取频道的使用状况、空余容量等信息,从而实现对频谱的自适应管理和智能分配。
其优点是可以最大程度地提高频谱的利用效率,避免频谱的浪费和瓶颈发生。
认知无线电技术通常由以下五个主要模块组成:1.感知模块:监测和获取频谱信息。
2.推理模块:处理并分析感知模块采集的频谱信息,识别出当前频率和频道的使用情况,以及可用频道的数量和容量等相关信息。
3.规划模块:根据推理模块的结果,制定出合理的频道分配方案。
4.执行模块:根据规划模块的方案,执行相应的频道分配和调度操作。
5.反馈模块:监测和评估执行模块的操作效果,从而不断优化系统的性能和效率。
二、认知无线电技术的应用领域认知无线电技术可以应用于多个领域,如无线电资源共享、物联网通信、移动通信等。
下面将分别阐述其在这些领域中的应用场景和具体实现方式。
1.无线电资源共享。
传统的无线电频谱管理方式是采用独占或分段的方式,导致频谱利用效率低下和频谱浪费。
而认知无线电技术可以通过对频谱进行智能识别和分配,实现多用户共享同一频谱,从而最大化地提高了频谱利用效率。
例如,无线电电视的频谱资源一般处于一种相对稳定的状态,而认知无线电技术可以将这些空闲的频率分配给无线局域网或蜂窝通信等其他应用,以增强频谱利用效率。
2.物联网通信。
随着物联网智能家居、智能医疗等应用的快速发展,对于频谱的需求也在不断增长。
而传统的物联网无线通信方式存在频谱资源有限、信道干扰严重等问题。
而认知无线电技术则可以通过对频率的实时检测和分析,选择最优的频谱资源和信道,从而实现物联网通信的高效性和可靠性。
认知无线电技术的国内外发展与研究现状

认知无线电:未来通信的变革者
认知无线电的应用领域广泛,且具有巨大的潜力。在物联网、智能家居、智 慧医疗等领域,认知无线电技术都可以发挥重要作用。例如,在智能家居中,认 知无线电可以实现家电设备的智能互联,提高居住的便利性和舒适性;在智慧医 疗中,认知无线电可以实现远程医疗、健康监测等应用,提高医疗服务的质量和 效率。
1、企业进化的概念和历程
1、企业进化的概念和历程
企业进化是指企业在不断适应外部环境变化的过程中,通过自我调整、创新 和演化,不断提高自身的竞争能力和生存能力。企业进化的历程可以包括多个阶 段,从初创期的混沌无序到成长期的逐步有序,再到成熟期的稳定有序,以及衰 退期的混乱无序,企业的进化过程呈现明显的阶段性特征。
2、自组织理论在企业进化中的 应用
2、自组织理论在企业进化中的应用
自组织理论在企业进化中具有广泛的应用价值。首先,企业作为一个复杂的 自组织系统,其内部各个要素之间相互作用、相互依存,共同推动企业的演化发 展;其次,自组织理论强调企业的自我调节和自我优化能力,有助于理解企业在 面对外部环境变化时如何保持稳定和发展;最后,自组织理论有助于研究企业间 的协同演化关系,从而指导企业如何在竞争激烈的市场中实现合作共赢。
2、卫星通信的发展
2、卫星通信的发展
卫星通信技术通过利用人造卫星实现信号的传输和接收,具有覆盖面广、通 信距离远、信号质量稳定等优点。目前,卫星通信已经广泛应用于军事、民用等 领域,如卫星电视、卫星导航和卫星遥感等。
3、物联网技术的发展
3、物联网技术的发展
物联网技术是指通过信息传感器设备,实现物体与物体、物体与人之间的互 联互通。在无线电通信技术的支持下,物联网已经渗透到智能家居、智能交通、 智能医疗等各个领域,为人们的生活带来了极大的便利。
无线电通信技术的现状和未来发展趋势

无线电通信技术的现状和未来发展趋势随着信息技术的不断进步,无线电通信技术已经成为现代社会中不可或缺的一部分。
无线电通信技术一直在不断地发展和进步,与此同时,它也对现代社会产生了深远的影响。
在本文中,我们将探讨无线电通信技术的现状和未来发展趋势。
一、无线电通信技术现状当前,无线电通信技术已经普及到了所有的领域,包括个人通信、卫星通信、移动通信、无线局域网等等。
无线电通信技术的发展也促进了现代社会的进步和变化。
1. 个人通信个人通信是无线电通信技术应用最广泛的一个领域。
手机、无线电对讲机、电视机、车载电话等设备都属于个人通信的范畴。
现代的无线电通信技术使得个人通信变得更加方便和快捷,并且实现了随时随地的联系。
2. 卫星通信卫星通信是无线电通信技术中最重要的一环。
卫星通信技术可让信息在地球上任何两点之间进行传输。
随着卫星技术的不断提高,卫星通信的成本和可靠性都得到了很大的提升,大大推动了互联网和远程通信技术的发展。
3. 移动通信移动通信也是无线电通信技术中非常重要的一环。
3G和4G通信技术的普及进一步推动了移动通信的发展。
现在,人们可以通过移动电话随时随地进行通信,不再受地域限制。
4. 无线局域网无线局域网也是当前无线电通信技术中的热门领域。
人们可以通过 Wi-Fi 网络在家中或办公室中构建一个局域网,以便在局域网中进行无线通信和数据传输。
二、无线电通信技术未来发展趋势未来,随着信息技术的不断进步和不断发展,无线电通信技术也将进一步发展。
以下是无线电通信技术未来的发展趋势:1. 5G通信技术5G通信技术是未来移动通信中最受关注的技术之一。
5G通信技术的速度、传输容量和响应时间都会超过现在的4G技术。
5G通信技术将大大推进互联网的发展和产业的进步。
2. 物联网技术物联网技术是未来无线电通信中的另一个热门领域。
物联网技术指的是将各种物理设备与互联网相连,实现互联互通的一种技术。
物联网技术发展将产生重大的影响,改变人类生活的各个方面。
认知无线电原理技术与发展趋势

摘要:认知无线电是指具有自主寻找和使用空闲频谱资源能力的智能无线电技术。
认知无线电技术的提出,为解决不断增长的无线通信应用需求与日益紧的无线频谱资源之间的矛盾提供了一种有效的解决途径。
当前,认知无线电技术从理论到实践都面临很多困难。
文章简述了认知无线电的基本原理,对认知无线电涉及的射频、频谱感知和数据传输等物理层核心关键技术进行了总结分析,并结合当前的发展状况对该技术未来的发展趋势进行了预测。
关键词:认知无线电;频谱感知;数据传输;网络体系与协议Abstract: Cognitive Radio (CR) is an intelligent radio technology which has the capability to search and utilize underutilized spectrum resources. CR has been recognized as an effective solution to the dilemma introduced by the rapid growth of wireless communications and the scarcity of spectrum resources. However, from theory to practical applications, there are many challenges faced by CR currently. In this paper, the key physical layer techniques of CR, such as radio frequency front-end, spectrum sensing and data transmission, are discussed. According to the status of the research, the development tendency of this technology is also predicted.Key words: cognitive radio; spectrum sensing; data transmission; network architecture and protocol 随着无线通信需求的不断增长,对无线通信技术支持的数据传输速率的要求越来越高。
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摘要:认知无线电是指具有自主寻找和使用空闲频谱资源能力的智能无线电技术。
认知无线电技术的提出,为解决不断增长的无线通信应用需求与日益紧张的无线频谱资源之间的矛盾提供了一种有效的解决途径。
当前,认知无线电技术从理论到实践都面临很多困难。
文章简述了认知无线电的基本原理,对认知无线电涉及的射频、频谱感知和数据传输等物理层核心关键技术进行了总结分析,并结合当前的发展状况对该技术未来的发展趋势进行了预测。
关键词:认知无线电;频谱感知;数据传输;网络体系与协议Abstract: Cognitive Radio (CR) is an intelligent radio technology which has the capability to search and utilize underutilized spectrum resources. CR has been recognized as an effective solution to the dilemma introduced by the rapid growth of wireless communications and the scarcity of spectrum resources. However, from theory to practical applications, there are many challenges faced by CR currently. In this paper, the key physical layer techniques of CR, such as radio frequency front-end, spectrum sensing and data transmission, are discussed. According to the status of the research, the development tendency of this technology is also predicted.Key words: cognitive radio; spectrum sensing; data transmission; network architecture and protocol 随着无线通信需求的不断增长,对无线通信技术支持的数据传输速率的要求越来越高。
根据香农信息理论,这些通信系统对无线频谱资源的需求也相应增长,从而导致适用于无线通信的频谱资源变得日益紧张,成为制约无线通信发展的新瓶颈。
另一方面,已经分配给现有很多无线系统的频谱资源却在时间和空间上存在不同程度的闲置。
因此,人们提出采用认知无线电(CR)技术,通过从时间和空间上充分利用那些空闲的频谱资源,从而有效解决上述难题。
这一思想在2003年美国联邦通信委员会(FCC)的《关于修改频谱分配规则的征求意见通知》中得到了充分体现,该通知明确提出采用CR技术作为提高频谱利用率的技术手段。
此后,CR技术受到了产业界和学术界的广泛关注,成为了无线通信研究和市场发展的新热点。
然而,CR技术从理论到大规模实际应用,还面临很多挑战。
这些挑战包括了技术、政策和市场等诸多方面。
本文从技术的角度,总结分析CR的基本原理、关键技术,并对将来技术发展趋势进行预测。
1 认知无线电基本原理1.1 认知无线电的概念与特征自1999年“软件无线电之父”Joseph Mitola Ⅲ博士首次提出了CR的概念并系统地阐述了CR的基本原理以来,不同的机构和学者从不同的角度给出了CR的定义[1-3],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:“CR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:“CR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,以达到以下目的:任何时间任何地点的高度可靠通信;对频谱资源的有效利用。
”总结上述定义,CR应该具备以下2个主要特征:(1) 认知能力认知能力使CR能够从其工作的无线环境中捕获或者感知信息,从而可以标识特定时间和空间的未使用频谱资源(也称为频谱空洞),并选择最适当的频谱和工作参数。
这一任务通常采用图1所示的认知环进行表示,包括3个主要的步骤:频谱感知、频谱分析和频谱判决。
频谱感知的主要功能是监测可用频段,检测频谱空洞;频谱分析估计频谱感知获取的频谱空洞的特性;频谱判决根据频谱空洞的特性和用户需求选择合适的频段传输数据。
(2) 重构能力重构能力使得CR设备可以根据无线环境动态编程,从而允许CR设备采用不同的无线传输技术收发数据。
可以重构的参数包括:工作频率、调制方式、发射功率和通信协议等。
重构的核心思想是在不对频谱授权用户(LU)产生有害干扰的前提下,利用授权系统的空闲频谱提供可靠的通信服务。
一旦该频段被LU使用,CR有2种应对方式:一是切换到其它空闲频段通信;二是继续使用该频段,但改变发射统率或者调制方案避免对LU的有害干扰。
1.2 认知无线电与软件无线电之间的关系为了便于理解CR的基本原理,有必要将CR与软件无线电(SDR)进行区分。
根据电子与电气工程师协会(IEEE)的定义,一个无线电设备可以称为SDR的基本前提是:部分或者全部基带或RF信号处理通过使用数字信号处理软件完成;这些软件可以在出厂后修改[5-11]。
因此,SDR关注的是无线电系统信号处理的实现方式;而CR是指无线系统能够感知操作环境的变化,并据此调整系统工作参数。
从这个意义上讲,CR是更高层的概念,不仅包括信号处理,还包括根据相应的任务、政策、规则和目标进行推理和规划的高层功能。
2 认知无线电物理层关键技术通用的CR收发机结构如图2所示,结合前文关于CR基本原理的讨论,可以发现,CR物理层的关键技术包括:宽带射频前端技术、频谱感知技术和数据传输技术。
2.1 宽带射频前端技术为了提供宽带频谱感知能力,CR的射频前端必需能够调谐到大频谱范围内的任意频带。
通用的宽带射频前端结构如图3所示,接收的信号通过放大、混频和A/D转换等步骤后送入基带处理,进行频谱感知或数据检测。
其中,射频滤波器通过通带滤波选择所需要的频段的接收信号;低噪放大器(LNA)在放大所需信号的同时最小化噪声;锁相环(PLL)、压控振荡器(VCO)和混频器联合控制,将所需要的接收信号转换到基带或者中频处理;信道选择滤波器用于选择所需的信道并抑制邻道干扰;自动增益控制(AGC)维持很宽的动态范围内的输入信号经放大器的输出功率恒定。
针对CR应用,宽带射频前端面临的主要难题是射频前端需要在大的动态范围内检测弱信号。
为此,需要采样速率高达几吉赫兹的高速A/D转换器,并且要求超过12比特的高分辨率为了降低这一需求,可以考虑通过陷波滤波器滤出强信号,降低信号的动态范围;或采用智能天线技术,通过空域滤波来实现强信号滤出。
2.2 频谱感知技术频谱感知技术是CR应用的基础和前提。
现有的频谱感知技术可以按照图4进行分类。
单节点感知是指单个CR节点根据本地的无线射频环境进行频谱特性标识;而协同感知则是通过数据融合,基于多个节点的感知结果将进行综合判决。
单节点感知技术包括匹配滤波、能量检测和周期特性检测3种,其比较如表1所示。
由于这些方法各有优缺点,实际应用时通常结合使用。
检测算法适用范围优点缺点匹配滤波CR节点知道授权用户信号的信息检测时间短需要先验信息能量检测CR节点不知道授权用户的信号信息实现简单,不需要先验信息受噪声不确定性影响,不能区别信号类型,检测时间长周期特性检测CR用户信号具有周期自相关特性可以区别噪声和信号类型计算复杂度高认知无线电要求频谱感知能够准确地检测出信噪比(SNR)大于某一门限值的授权用户信号,通常这个SNR的门限值是很低的,对于单节点感知来说,要达到这个要求并不容易。
为此,人们提出协同频谱感知,通过检测节点间的协作达到系统要求的检测门限,从而降低对单个检测节点的要求,降低单个节点的负担。
协同频谱感知的另一个优点是可以有效的消除阴影效应的影响。
协同感知可以采用集中或者分布式的方式进行。
集中式协同感知是指各个感知节点将本地感知结果送到基站(BS)或接入点(AP)统一进行数据融合,做出决策;分布式协同感知则是指个节点间相互交换感知信息,各个节点独自决策。
影响协同频谱感知的关键因素除了参与协同的单节点的感知性能外,还包括网络拓扑结构和数据融合方法;另外,在协同频谱感知中,不同感知节点的相关性和单个节点的不可靠性也会对频谱感知的性能产生重要影响。
随着FCC引入干扰温度模型来测量干扰,也有人提出通过测量干扰温度进行频谱感知,但这种方法通常要求CR节点知道授权用户的位置,目前尚面临很多问题。
2.3 数据传输技术数据传输技术对于CR实现利用空闲频谱进行通信,从而整体上提高频谱利用率的主要目标非常关键。
由于CR可用频谱可能位于很宽的频带范围,并且不连续,因此CR数据传输技术必需能够适应可用频谱的这一特性。
目前,实现频谱自适应CR数据传输有2个基本途径:采用多载波技术或采用基带信号发射波形设计。
在多载波传输技术中,正交频分复用(OFDM)是最佳候选技术。
如图5所示,其基本思想是将可用整个频带划分成OFDM子载波,只利用没有被授权用户占用的子载波传输数据,构成所谓的非连续OFDM(NC-OFDM)。
子载波的分配则通过频谱感知和判决的结果,以分配矢量的方式实现。
例如,在进行OFDM 调制时,可以将已被授权用户占用的子载波置零,从而避免对授权用户产生干扰。
同时,考虑到频谱渗漏的问题,还有必要留出足够的保护子载波。
同时,由于很多子载波并没有使用,可以通过一些快速傅立叶变换(FFT)修剪算法降低系统实现的复杂度。
OFDM技术的重要优点是实现灵活,但也面临同步、信道估计以及高峰平比的问题。
为此,也可以通过在时、频或者码域设计特殊的发射波形,生成满足特定频谱形状的发射信号。
例如,在频域合成波形的变换域通信系统(TDCS)、设计特殊扩频码片的扰测量法/码分多址(CI/CDMA)技术、以及跳码/码分多址(CH/CDMA)技术等。
虽然这些技术不如OFDM实现灵活,但在初始接入、收发双方不知道对方可用频谱特性时仍然有用。
3 认知无线电发展现状与趋势当前,认知无线电技术已经得到了学术界和产业界的广泛关注。
很多著名学者和研究机构都投入到认知无线电相关技术的研究中,启动了很多针对认知无线电的重要研究项目。
例如:德国Karlsruhe大学的F. K. Jondral 教授等提出的频谱池系统、美国加州大学Berkeley分校的R. W. Brodersen教授的研究组开发的COVUS系统、美国Georgia理工学院宽带和无线网络实验室Ian F. Akyildiz教授等人提出OCRA项目、美国军方DARPA的XG项目、欧盟的E2R项目等。