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摘 要：认知无线电可望解决无线通信快速发展与可用频谱资源日益紧缺的矛盾，因而备受关注，已成为当前无线通信领域的研究热点。认知无线电系统包括授权用户（称为主用户）和未授权用户（称为次用户或认知用户）。认知无线电技术允许未授权的次用户使用空闲的授权频段（即分配给授权主用户的频段），从而使得主次用户能够动态共享无线频谱资源。本文首先对认知无线电技术进行了简要介绍，然后对认知无线电技术研究现状进行综述，最后进行总结。
关键词：认知无线电；网络技术；综述
1、概述
当前，日益多样化的无线业务对无线频谱资源的需求不断增长，导致可用频谱资源日益紧缺。然而，研究表明[1]：目前无线通信的频谱资源一方面十分稀缺，另一方面却浪费严重。其原因在于：频谱资源的需求与现有固定频谱分配政策的不匹配，造成无线频谱规划紧张，而利用率低下。认知无线电CR （Cognitive Radio）作为一项新兴技术，可在不干扰主用户的情况下，通过机会接入的方式实现频谱共享，从而提高频谱利用率，被认为是解决上述无线频谱低利用率、实现动态频谱接入问题的最佳方案。
2、认知无线电技术简介
认知无线电，是一种智能的无线通信系统，它能感知周围的无线环境，通过对无线环境的学习，实时改变特定系统的参数，调整其内部状态，以适应外部无线环境的变化，从而优化通信系统性能。认知无线电能够在不影响主用户的前提下智能地利用空闲频谱并且实现随时随地、高可靠性的通信。
著名学者Simon Haykin教授从信号处理及通信的角度考虑，提出了基于信号处理的认知循环。认知循环包括频谱感知、频谱分析和频谱决策三个主要步骤[2]，其具体定义分别为
频谱感知[3.4]：监控可用频段的使用信息，根据无线电环境的相应射频激励，检测可用的频谱空穴，并将检测到的空穴信息提供给频谱决策使用。
频谱分析：根据无线电环境获得的射频激励和频谱感知提供的频谱空穴信息，通过分析频谱空穴特性，为频谱决策提供相应的信道容量信息。
频谱决策：根据频谱感知所提供的频谱空穴信息和频谱分析所提供的信道容量信息，认知无线电用户确定数据速率、传输方式和传输带宽，根据用户需求和频段特性选取适当的频段，将要发送的信号提供给无线环境。
3、认知无线电技术研究现状
认知无线电技术首先由瑞典皇家理工学院的Joseph Mitola在其博士论文[5]中提出了一种认知无线电的体系架构、感知模型和一种简单的认知无线原型系统的设计实现和认知无线电描述语言。 2004年，美国弗杰尼亚理工学院的Christian James Rieser在发表的博士论文[6]中提出了一种新的认知无线电模型，利用了基于遗传算法的人工智能技术，计算机仿真表明，这种模型提高了通信系统的相关性能。
一些著名的大学研究机构和世界各大公司如Intel， Lucent， Nokia， Qualco等，目前也纷纷展开对认知无线电技术的研究。2002年，美国国防部DARPA组织启动了XG CNext项目的研究，该项目以认知无线电技术为核心，采用软件无线电技术来动态调节和适应无线通信频谱的分配和使用，为美军海外军事行动提供强有力的支持。2003年11月，FCC允许具备认知无线电功能的无线终端使用己经授权给其它用户的频段，并首先开放了电视频段（VHF/L-UHF），为认知无线电技术在美国的大规模使用奠定了基础。在2004年10月，IEEE802委员会正式成立基于认知无线电技术的无线区域网标准工作组，即802.22标准工作组。该工作组致力于制定利用空闲电视频段进行宽带无线接入的技术标准，这是第一个基于认知无线电的空中接口标准。该工作组在2006年公布了基于认知无线电技术的802.22无线区域网的协议草案，该草案的出台对认知无线电技术的研究提供了技术指南，并为其应用开辟了广阔的研究领域。
国际电信联盟和软件无线电论坛也都在制定认知无线电相关的技术标准。同时，国际学术界也对认知无线电技术进行了深入研究。2005年2月，国际著名的无线通信理论专家Simon Haykin在IEEE的JSAC杂志上发表了具有里程碑式的有关认知无线电技术的综述性论文[7]。随后，加州大学Berkeley分校的R.WBrodersen教授的研究组开发的COVUS 系统、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（OFDM-based cognitive radio）项目、美国军方DARPA的XG（Next Generation）项目、欧盟的E2R项目以及第七框架计划FP7（Framework Program 7）等。在这些项目的推动下，在基本理论、频谱感知、数据传输、网络架构和协议、频谱接入、与现有无线通信系统的融合以及原型开发等领域取得了一些成果。IEEE为此专门组织了两个重要的国际年会DySPAN 和CrownCom来交流CR技术方面的研究成果。近期IEEE通信选题杂志（JSAC）和IEEE通信杂志（Communications Magazine）上以认知无线电和动态频谱接入（COGNITIVE RADIOS FOR DYNAMIC SPECTRUM ACCESS）为主题，探讨了与认知无线电有关的一些问题（如CR系统的容量分析、软硬件平台和市场实现等，以及分析其性能的相关数学工具博弈论、马尔科夫链等）。
随着认知无线电技术研究的深入，Thomas首次提出了认知无线电网络的概念，随后，又有许多学者对认知无线网络展开了研究[8]。最近，J. Ming-Fong [10]等人对VANET中的节点协作问题进行了初步的研究，提出了一种基于中继的V2I协作通信协议。
4、总结
認知无线电作为一种革命性的智能频谱共享技术，可在不影响主用户通信的前提下，智能地利用大量空闲频谱以满足认知用户的可靠通信，从而实现频谱资源共享，有效地提高了无线频谱的利用率，已成为现代无线通信领域新的研究热点。虽然CR技术在产业界和学术界的广泛关注下已经成为了无线通信研究和市场发展的新热点。然而，CR技术从理论到实际中的大规模应用，还面临技术、政策和市场等诸多方面挑战。
关键词：认知无线电；网络技术；综述
1、概述
当前，日益多样化的无线业务对无线频谱资源的需求不断增长，导致可用频谱资源日益紧缺。然而，研究表明[1]：目前无线通信的频谱资源一方面十分稀缺，另一方面却浪费严重。其原因在于：频谱资源的需求与现有固定频谱分配政策的不匹配，造成无线频谱规划紧张，而利用率低下。认知无线电CR （Cognitive Radio）作为一项新兴技术，可在不干扰主用户的情况下，通过机会接入的方式实现频谱共享，从而提高频谱利用率，被认为是解决上述无线频谱低利用率、实现动态频谱接入问题的最佳方案。
2、认知无线电技术简介
认知无线电，是一种智能的无线通信系统，它能感知周围的无线环境，通过对无线环境的学习，实时改变特定系统的参数，调整其内部状态，以适应外部无线环境的变化，从而优化通信系统性能。认知无线电能够在不影响主用户的前提下智能地利用空闲频谱并且实现随时随地、高可靠性的通信。
著名学者Simon Haykin教授从信号处理及通信的角度考虑，提出了基于信号处理的认知循环。认知循环包括频谱感知、频谱分析和频谱决策三个主要步骤[2]，其具体定义分别为
频谱感知[3.4]：监控可用频段的使用信息，根据无线电环境的相应射频激励，检测可用的频谱空穴，并将检测到的空穴信息提供给频谱决策使用。
频谱分析：根据无线电环境获得的射频激励和频谱感知提供的频谱空穴信息，通过分析频谱空穴特性，为频谱决策提供相应的信道容量信息。
频谱决策：根据频谱感知所提供的频谱空穴信息和频谱分析所提供的信道容量信息，认知无线电用户确定数据速率、传输方式和传输带宽，根据用户需求和频段特性选取适当的频段，将要发送的信号提供给无线环境。
3、认知无线电技术研究现状
认知无线电技术首先由瑞典皇家理工学院的Joseph Mitola在其博士论文[5]中提出了一种认知无线电的体系架构、感知模型和一种简单的认知无线原型系统的设计实现和认知无线电描述语言。 2004年，美国弗杰尼亚理工学院的Christian James Rieser在发表的博士论文[6]中提出了一种新的认知无线电模型，利用了基于遗传算法的人工智能技术，计算机仿真表明，这种模型提高了通信系统的相关性能。
一些著名的大学研究机构和世界各大公司如Intel， Lucent， Nokia， Qualco等，目前也纷纷展开对认知无线电技术的研究。2002年，美国国防部DARPA组织启动了XG CNext项目的研究，该项目以认知无线电技术为核心，采用软件无线电技术来动态调节和适应无线通信频谱的分配和使用，为美军海外军事行动提供强有力的支持。2003年11月，FCC允许具备认知无线电功能的无线终端使用己经授权给其它用户的频段，并首先开放了电视频段（VHF/L-UHF），为认知无线电技术在美国的大规模使用奠定了基础。在2004年10月，IEEE802委员会正式成立基于认知无线电技术的无线区域网标准工作组，即802.22标准工作组。该工作组致力于制定利用空闲电视频段进行宽带无线接入的技术标准，这是第一个基于认知无线电的空中接口标准。该工作组在2006年公布了基于认知无线电技术的802.22无线区域网的协议草案，该草案的出台对认知无线电技术的研究提供了技术指南，并为其应用开辟了广阔的研究领域。
国际电信联盟和软件无线电论坛也都在制定认知无线电相关的技术标准。同时，国际学术界也对认知无线电技术进行了深入研究。2005年2月，国际著名的无线通信理论专家Simon Haykin在IEEE的JSAC杂志上发表了具有里程碑式的有关认知无线电技术的综述性论文[7]。随后，加州大学Berkeley分校的R.WBrodersen教授的研究组开发的COVUS 系统、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（OFDM-based cognitive radio）项目、美国军方DARPA的XG（Next Generation）项目、欧盟的E2R项目以及第七框架计划FP7（Framework Program 7）等。在这些项目的推动下，在基本理论、频谱感知、数据传输、网络架构和协议、频谱接入、与现有无线通信系统的融合以及原型开发等领域取得了一些成果。IEEE为此专门组织了两个重要的国际年会DySPAN 和CrownCom来交流CR技术方面的研究成果。近期IEEE通信选题杂志（JSAC）和IEEE通信杂志（Communications Magazine）上以认知无线电和动态频谱接入（COGNITIVE RADIOS FOR DYNAMIC SPECTRUM ACCESS）为主题，探讨了与认知无线电有关的一些问题（如CR系统的容量分析、软硬件平台和市场实现等，以及分析其性能的相关数学工具博弈论、马尔科夫链等）。
随着认知无线电技术研究的深入，Thomas首次提出了认知无线电网络的概念，随后，又有许多学者对认知无线网络展开了研究[8]。最近，J. Ming-Fong [10]等人对VANET中的节点协作问题进行了初步的研究，提出了一种基于中继的V2I协作通信协议。
4、总结
認知无线电作为一种革命性的智能频谱共享技术，可在不影响主用户通信的前提下，智能地利用大量空闲频谱以满足认知用户的可靠通信，从而实现频谱资源共享，有效地提高了无线频谱的利用率，已成为现代无线通信领域新的研究热点。虽然CR技术在产业界和学术界的广泛关注下已经成为了无线通信研究和市场发展的新热点。然而，CR技术从理论到实际中的大规模应用，还面临技术、政策和市场等诸多方面挑战。