隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線用戶的數(shù)量急劇增加，使得頻譜資源變得越來越緊張，如何充分提高無線頻譜的利用率成為亟待解決的技術(shù)問題。認(rèn)知無線電技術(shù)提出了一種新的解決思路，其核心思想就是使無線通信設(shè)備具有發(fā)現(xiàn)“頻譜空洞”并合理利用所發(fā)現(xiàn)的“空洞”的能力。雖然認(rèn)知無線電技術(shù)能以更為靈活的方式來管理有限的頻譜資源，但要真正將其應(yīng)用于實(shí)際通信系統(tǒng)還需解決包括頻譜檢測、自適應(yīng)頻譜資源分配和無線頻譜管理等關(guān)鍵技術(shù)問題。

1 認(rèn)知無線電技術(shù)提出的背景

隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，頻譜資源變得越來越緊張。尤其是隨著無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)、無線個(gè)人域網(wǎng)絡(luò)（WPAN）技術(shù)的發(fā)展，越來越多的人通過這些技術(shù)以無線的方式接入互聯(lián)網(wǎng)。這些網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大多使用非授權(quán)的頻段（UFB）工作。由于WLAN、WRAN無線通信業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，這些網(wǎng)絡(luò)所工作的非授權(quán)頻段已經(jīng)漸趨飽和。而另外一些通信業(yè)務(wù)（如電視廣播業(yè)務(wù)等）需要通信網(wǎng)絡(luò)提供一定的保護(hù)，使他們免受其他通信業(yè)務(wù)的干擾。為了提供良好的保護(hù)，頻率管理部門專門分配了特定的授權(quán)頻段（LFB）以供特定通信業(yè)務(wù)使用。與授權(quán)頻段相比，非授權(quán)頻段的頻譜資源要少很多（大部分的頻譜資源均被用來做授權(quán)頻段使用）。而相當(dāng)數(shù)量的授權(quán)頻譜資源的利用率卻非常低。于是就出現(xiàn)了這樣的事實(shí)：某些部分的頻譜資源相對較少但其上承載的業(yè)務(wù)量很大，而另外一些已授權(quán)的頻譜資源利用率卻很低。因此，可以得出這樣的結(jié)論：基于目前的頻譜資源分配方法，有相當(dāng)一部分頻譜資源的利用率是很低的。

為了解決頻譜資源匱乏的問題，基本思路就是盡量提高現(xiàn)有頻譜的利用率。為此，人們提出了認(rèn)知無線電的概念。認(rèn)知無線電的基本出發(fā)點(diǎn)就是：為了提高頻譜利用率，具有認(rèn)知功能的無線通信設(shè)備可以按照某種“伺機(jī)（Opportunistic Way）”的方式工作在已授權(quán)的頻段內(nèi)。當(dāng)然，這一定要建立在已授權(quán)頻段沒用或只有很少的通信業(yè)務(wù)在活動(dòng)的情況下。這種在空域、時(shí)域和頻域中出現(xiàn)的可以被利用的頻譜資源被稱為“頻譜空洞”。認(rèn)知無線電的核心思想就是使無線通信設(shè)備具有發(fā)現(xiàn)“頻譜空洞”并合理利用的能力。

當(dāng)非授權(quán)通信用戶通過“借用”的方式使用已授權(quán)的頻譜資源時(shí)，必須保證他的通信不會(huì)影響到其他已授權(quán)用戶的通信。要做到這一點(diǎn)，非授權(quán)用戶必須按照一定的規(guī)則來使用所發(fā)現(xiàn)的“頻譜空洞”。在認(rèn)知無線電中，這樣的規(guī)則是以某種機(jī)器可理解的形式（如XML語言）加載到通信終端上。由于這些規(guī)則可以隨時(shí)根據(jù)頻譜的利用情況、通信業(yè)務(wù)的負(fù)荷與分布等進(jìn)行不斷的調(diào)整，因此通過這些規(guī)則，頻譜管理者就能以更為靈活的方式來管理寶貴的頻譜資源。

2 認(rèn)知無線電的歷史和概念

從以上介紹可以看出，為了提高頻譜利用率，可以充分利用檢測到的“頻譜空洞”。這是認(rèn)知無線電技術(shù)的一項(xiàng)應(yīng)用。但是，作為一個(gè)全新概念提出的認(rèn)知無線電，其涵蓋面則更為廣泛。認(rèn)知無線電的基本定義可歸納為［1］：認(rèn)知無線電（Cognitive Radio）是可以感知外界通信環(huán)境的智能通信系統(tǒng)。認(rèn)知無線電系統(tǒng)通過學(xué)習(xí)，不斷地感知外界的環(huán)境變化，并通過自適應(yīng)地調(diào)整其自身內(nèi)部的通信機(jī)理來達(dá)到對環(huán)境變化的適應(yīng)。這樣的自適應(yīng)調(diào)整一方面是為了改進(jìn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，另一方面是為了提高頻譜資源的利用率。由此可以總結(jié)出認(rèn)知無線電所具有的特點(diǎn)是：

*對環(huán)境的感知能力

*對環(huán)境變化的學(xué)習(xí)能力

*對環(huán)境變化的自適應(yīng)性

*通信質(zhì)量的高可靠性

*對頻譜資源的充分利用

*系統(tǒng)功能模塊的可重構(gòu)性

認(rèn)知無線電是由MITRE公司的顧問、瑞典皇家技術(shù)學(xué)院Joseph Mitola博士生和GERALD Q MAGUIRE， JR.教授于1999年8月在IEEE Personal Communications雜志上明確提出的［2］，是對軟件無線電的進(jìn)一步的擴(kuò)展。認(rèn)知無線電采用無線電域的基于模型的方法對控制無線電頻譜使用的規(guī)則（如射頻頻段、空中接口、協(xié)議以及空間和時(shí)間模式等）進(jìn)行推理，通過無線電知識(shí)表示語言（RKRL）［3］，表述無線電規(guī)則、設(shè)備、軟件模塊、電波傳播特性、網(wǎng)絡(luò)、用戶需求和應(yīng)用場景的知識(shí)，以增強(qiáng)個(gè)人業(yè)務(wù)的靈活性，使軟件無線電技術(shù)能更好地滿足用戶需求。