认知无线电
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2020/2/21
1
文献阅读与交流 International Standardization of Cognitive Radio Systems（CRS的国际标准） ➢ 认知无线电概述
➢ 认知无线电系统的基本概念
➢ 认知无线电系统的国际标准
2020/2/21
2
文献阅读与交流
认知无线电概述
认知无线电的发展背景
2020/2/21
11
文献阅读与交流
认知无线电的发展现状
目前，认知无线电技术炙手可热，应用前景一 片大好。有报道称具有认知功能的无线局域网 产品将在近一两年内问世，但是要真正实现CR 技术还需解决包括频谱检测技术、自适应频谱 资源分配技术和无线频谱管理技术等关键技术 问题。
最引人关注的项目是IEEE802.22工作组的工作， 该工作组制订了利用空闲电视频段进行宽带无 线接入的技术标准，这是第一个引入认知无线 电概念的IEEE技术标准化活动。
2020/2/21
12
文献阅读与交流
认知无线电系统的基本概念
认知无线电系统的定义 认知无线电系统的基本特性 认知无线电系统的分类
2020/2/21
13
文献阅读与交流
认知无线电系统的定义
ITU-R WP 1B的定义： ✓ 认知无线电系统是引进如下技术的无线电系
统： 允许系统获取关于自身运行环境和地理环境， 已建立政策以及自身内部状态的有关信息； ✓ 根据已获信息动态自主地调整运行参数和礼 仪来达到预期目标； ✓ 学习获得的结果。
16
文献阅读与交流
CRS基本特性-获取信息
获取信息的基本成分： ✓ CRS运行无线电环境：
例如，当前频谱使用情况，指示可用无线电系 统，使用中的分配频段，无线通信系统的覆盖 范围，干扰水平等。 ✓ CRS地理环境： 例如，CRS或其他无线电系统设备的位置和其 天线方向，CRS用户在地理位置上的分布等。
2020/2/21
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文献阅读与交流
认知无线电系统的基本特性
从以上对认知无线电系统的定义我们可 以得出其基本特性：
✓ 获取信息； ✓ 动态自主的调整自身运行参数和礼仪； ✓ 从先前的调整结果中学习来改善自身性
能。
2020/2/21
15
文献阅读与交流
认知无线电系统的基本特性
认知无线电系统框图
2020/2/21
是使它从概念走向应用的真正原因。
2020/2/21
10
文献阅读与交流
认知无线电的基本原理与关键技术
关键技术 频谱检测 ✓ 匹配滤波器法 ✓ 能量检测法 ✓ 循环平衡特定检测法 自适应传输技术 ✓ OFDM ✓ UWB 频谱管理 ✓ 目前各种基于CR的频谱管理思想和管理规则仍在研究
之中。
认知无线电的概念和特点
认知无线电的基本原理与关键技术
认知无线电的发展现状
2020/2/21
3
文献阅读与交流
认知无线电的发展背景
2020/2/21
无线频谱现 状：
频谱资源紧 张，很多国 家差不多已 经将可用频 谱资源分配 完毕。留给 新系统、业 务和技术的 频谱很少甚 至没有频谱 可分配。
2020/2/21
17
文献阅读与交流
CRS基本特性-获取信息
✓ CRS自身内部状态： 自身配置（比如，无线电使用的频带，礼仪）， 流量负载分布，传输功率。
✓ 已建政策 比如，CRS应该避免对其他无线电系统造成有 害干扰这样的约束政策。
✓ 使用方式
✓ 用户需求 高带宽，低延时，费用低。
2020/2/21
认知无线电的提出在一定程度上减缓了频 率资源短缺问题。
2020/2/21
7
文献阅读与交流
认知无线电的概念和特点
概念的提出：
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。
其核心思想是CR具有学习能力，能与周围环 境交互信息，以感知和利用在该空间的可用频 谱，并限制和降低冲突的发生。
4
文献阅读与交流
认知无线电的发展背景
上图是美国纽约的频谱利用情况： 频谱利用率仅15%-20%（授权频谱）。
2020/2/21
5
文献阅读与交流
认知无线电的发展背景
如何才能提高频谱 利用率呢？
频分复用 时分复用 蜂窝小区
2020/2/21
6
文献阅读与交流
认知无线电的发展背景
传统技术在一定程度上提高频谱利用率和 传输容量，即便如此，频率资源问题仍旧 突出。
2020/2/21
9
文献阅读与交流
认知无线电的基本原理与关键技术
基本原理
CR设备对周围环境感知、探测、分析，这种探测和感知是全
方位的，应对地形、气象等综合信息也有所了解。由此图也可
得出，CR是高智能设备，应包含一个智能收发器。有了足够的
人工智能，它就能吸取过去的经验对实际情况进行响应，过去
的经验包括对死区、干扰和使用模式等的了解。它的学习能力
2020/2/21
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文献阅读与交流
CRS基本特性-学习能力
从先前的调整结果中学习来改善自身性 能。
2020/2/21
21
文献阅读与交流
CRS基本特性-总结
2020/2/21
Hale Waihona Puke 22文献阅读与交流
CRS的分类
许多CRS部署方案，使用实例和商业实例 是可行的。我们通常把CRS分成两类：
18
文献阅读与交流
CRS基本特性-获取信息
获取信息的方法： ✓ 从无线电系统设备中收集信息 ✓ 地理定位 ✓ 频谱感应 ✓ 频谱空穴数据库接入 ✓ 认知辅助信道的接入
2020/2/21
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文献阅读与交流
CRS基本特性-调整参数
包括两个方面： 决策与重构 CRS拥有智能的管理系统，该系统能 够作出决定是否进行参数和礼仪的调整。 然后对输出功率，频带，无线接入 技术等参数进行重构。
2020/2/21
8
文献阅读与交流
认知无线电的概念和特点
两个概念：
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”
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。”
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文献阅读与交流 International Standardization of Cognitive Radio Systems（CRS的国际标准） ➢ 认知无线电概述
➢ 认知无线电系统的基本概念
➢ 认知无线电系统的国际标准
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文献阅读与交流
认知无线电概述
认知无线电的发展背景
2020/2/21
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文献阅读与交流
认知无线电的发展现状
目前，认知无线电技术炙手可热，应用前景一 片大好。有报道称具有认知功能的无线局域网 产品将在近一两年内问世，但是要真正实现CR 技术还需解决包括频谱检测技术、自适应频谱 资源分配技术和无线频谱管理技术等关键技术 问题。
最引人关注的项目是IEEE802.22工作组的工作， 该工作组制订了利用空闲电视频段进行宽带无 线接入的技术标准，这是第一个引入认知无线 电概念的IEEE技术标准化活动。
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文献阅读与交流
认知无线电系统的基本概念
认知无线电系统的定义 认知无线电系统的基本特性 认知无线电系统的分类
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文献阅读与交流
认知无线电系统的定义
ITU-R WP 1B的定义： ✓ 认知无线电系统是引进如下技术的无线电系
统： 允许系统获取关于自身运行环境和地理环境， 已建立政策以及自身内部状态的有关信息； ✓ 根据已获信息动态自主地调整运行参数和礼 仪来达到预期目标； ✓ 学习获得的结果。
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文献阅读与交流
CRS基本特性-获取信息
获取信息的基本成分： ✓ CRS运行无线电环境：
例如，当前频谱使用情况，指示可用无线电系 统，使用中的分配频段，无线通信系统的覆盖 范围，干扰水平等。 ✓ CRS地理环境： 例如，CRS或其他无线电系统设备的位置和其 天线方向，CRS用户在地理位置上的分布等。
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文献阅读与交流
认知无线电系统的基本特性
从以上对认知无线电系统的定义我们可 以得出其基本特性：
✓ 获取信息； ✓ 动态自主的调整自身运行参数和礼仪； ✓ 从先前的调整结果中学习来改善自身性
能。
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文献阅读与交流
认知无线电系统的基本特性
认知无线电系统框图
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是使它从概念走向应用的真正原因。
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文献阅读与交流
认知无线电的基本原理与关键技术
关键技术 频谱检测 ✓ 匹配滤波器法 ✓ 能量检测法 ✓ 循环平衡特定检测法 自适应传输技术 ✓ OFDM ✓ UWB 频谱管理 ✓ 目前各种基于CR的频谱管理思想和管理规则仍在研究
之中。
认知无线电的概念和特点
认知无线电的基本原理与关键技术
认知无线电的发展现状
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文献阅读与交流
认知无线电的发展背景
2020/2/21
无线频谱现 状：
频谱资源紧 张，很多国 家差不多已 经将可用频 谱资源分配 完毕。留给 新系统、业 务和技术的 频谱很少甚 至没有频谱 可分配。
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文献阅读与交流
CRS基本特性-获取信息
✓ CRS自身内部状态： 自身配置（比如，无线电使用的频带，礼仪）， 流量负载分布，传输功率。
✓ 已建政策 比如，CRS应该避免对其他无线电系统造成有 害干扰这样的约束政策。
✓ 使用方式
✓ 用户需求 高带宽，低延时，费用低。
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认知无线电的提出在一定程度上减缓了频 率资源短缺问题。
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文献阅读与交流
认知无线电的概念和特点
概念的提出：
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。
其核心思想是CR具有学习能力，能与周围环 境交互信息，以感知和利用在该空间的可用频 谱，并限制和降低冲突的发生。
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文献阅读与交流
认知无线电的发展背景
上图是美国纽约的频谱利用情况： 频谱利用率仅15%-20%（授权频谱）。
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文献阅读与交流
认知无线电的发展背景
如何才能提高频谱 利用率呢？
频分复用 时分复用 蜂窝小区
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文献阅读与交流
认知无线电的发展背景
传统技术在一定程度上提高频谱利用率和 传输容量，即便如此，频率资源问题仍旧 突出。
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文献阅读与交流
认知无线电的基本原理与关键技术
基本原理
CR设备对周围环境感知、探测、分析，这种探测和感知是全
方位的，应对地形、气象等综合信息也有所了解。由此图也可
得出，CR是高智能设备，应包含一个智能收发器。有了足够的
人工智能，它就能吸取过去的经验对实际情况进行响应，过去
的经验包括对死区、干扰和使用模式等的了解。它的学习能力
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文献阅读与交流
CRS基本特性-学习能力
从先前的调整结果中学习来改善自身性 能。
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文献阅读与交流
CRS基本特性-总结
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Hale Waihona Puke 22文献阅读与交流
CRS的分类
许多CRS部署方案，使用实例和商业实例 是可行的。我们通常把CRS分成两类：
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文献阅读与交流
CRS基本特性-获取信息
获取信息的方法： ✓ 从无线电系统设备中收集信息 ✓ 地理定位 ✓ 频谱感应 ✓ 频谱空穴数据库接入 ✓ 认知辅助信道的接入
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文献阅读与交流
CRS基本特性-调整参数
包括两个方面： 决策与重构 CRS拥有智能的管理系统，该系统能 够作出决定是否进行参数和礼仪的调整。 然后对输出功率，频带，无线接入 技术等参数进行重构。
2020/2/21
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文献阅读与交流
认知无线电的概念和特点
两个概念：
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”
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。”