楊春、潘兆平

（同方電子科技有限公司,江西九江,332000）

隨著我國通信行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，無線電技術(shù)逐漸被應(yīng)用到軍事通信、航空航天、移動(dòng)通信、交通運(yùn)輸、醫(yī)療衛(wèi)生等多個(gè)領(lǐng)域，在促進(jìn)我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保障國家安全等各方面起到了較大的積極影響作用。然而在我國人民享受無線電所帶來的便利同時(shí)，無線電頻譜資源的稀缺及其污染問題對(duì)我國無線電的發(fā)展起到了較大的阻礙，甚至出現(xiàn)了較明顯的頻譜需求矛盾問題，給電磁頻譜管理工作帶來了較大挑戰(zhàn)。為實(shí)現(xiàn)電磁頻譜管理的目標(biāo)，使頻譜資源的利用率得到有效提高，有必要對(duì)認(rèn)知無線電及其在電磁頻譜管理中的應(yīng)用進(jìn)行分析，進(jìn)而找出更好的辦法使電磁頻譜管理水平得到有效提高，使頻譜利用率得到有效提升，為我國電磁頻譜管理的進(jìn)步和發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

1 認(rèn)知無線電技術(shù)

認(rèn)知無線電也被稱之為CR，在認(rèn)知無線電技術(shù)的應(yīng)用過程中，該技術(shù)體現(xiàn)出認(rèn)知能力和重配置能力等兩個(gè)特點(diǎn)。

■1.1 認(rèn)知無線電技術(shù)的認(rèn)知能力

一個(gè)完整的認(rèn)知循環(huán)包括了頻譜感知、頻譜分析及頻譜決策等幾個(gè)方面。就頻譜感知方面來說，這是CR進(jìn)行頻譜管理工作的重要前提，主要就是通過感知CR找到空域、時(shí)域及頻域的頻譜空穴信息，對(duì)授權(quán)用戶的再次出現(xiàn)進(jìn)行感知，進(jìn)而完成主動(dòng)規(guī)避。就頻譜分析方面來說，其主要目的就是頻譜空穴特征進(jìn)行仔細(xì)描述，為信道的選擇提供更加可靠的依據(jù)，進(jìn)而使用戶的頻帶需求得到充分滿足。就頻譜決策方面來說，主要就是結(jié)合頻譜感知和頻譜分析的結(jié)果，根據(jù)用戶的需求及決策準(zhǔn)則進(jìn)行優(yōu)化，確定用戶的通信標(biāo)準(zhǔn)及工作參數(shù)，進(jìn)而選擇最適合的信號(hào)傳輸方式，以及最優(yōu)的發(fā)射時(shí)間及發(fā)射功率[1]。

■1.2 認(rèn)知無線電技術(shù)的重配置能力

在信號(hào)傳輸過程中，通過認(rèn)知無線電技術(shù)所具備的重配置能力，能夠在硬件組件不變的情況下，對(duì)操作參數(shù)進(jìn)行有效調(diào)整，使頻譜資源的利用更具有合理性及科學(xué)性。就目前來看，信號(hào)傳輸過程中可重新配置的參數(shù)包括了發(fā)射功率、工作頻譜、調(diào)制方法及通信技術(shù)等等，充分發(fā)揮認(rèn)知無線電技術(shù)的重配置能力，能夠有效提高頻譜資源的利用率，為用戶選擇更加可靠的信道，對(duì)保障信號(hào)傳輸質(zhì)量有著較好的積極影響作用[2]?？傊?，將認(rèn)知無線電技術(shù)應(yīng)用到電磁頻譜管理中，是提高頻譜資源利用率，解決頻譜資源供需沖突問題的重要措施，需要結(jié)合系統(tǒng)建設(shè)情況對(duì)其進(jìn)行合理運(yùn)用，使電磁頻譜管理水平得到有效提高。

2 認(rèn)知無線電在電磁頻譜管理中的應(yīng)用

■2.1 電磁頻譜管理的基本過程

在采用認(rèn)知無線電進(jìn)行電磁頻譜管理的時(shí)候，首先就要認(rèn)識(shí)到CR網(wǎng)絡(luò)都是由CR用戶所組成的，與傳統(tǒng)的授權(quán)網(wǎng)絡(luò)存在較大區(qū)別，不能將傳統(tǒng)的靜態(tài)頻率分配方式應(yīng)用到CR網(wǎng)絡(luò)的電磁頻譜管理中[3]。由于電磁環(huán)境的變化較頻繁，CR節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到的空閑頻譜也存在較大變化，當(dāng)用戶使用需求出現(xiàn)變化時(shí)，對(duì)空閑頻譜的使用需求也就隨之改變。同時(shí)，想要實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)頻譜的分配，就必須要打破傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、接入?yún)f(xié)議及政策的約束，使電磁頻譜管理更加靈活。此外，基于認(rèn)知無線電技術(shù)的電磁頻譜管理，也可以稱之為頻譜分配，能夠在發(fā)射端實(shí)現(xiàn)對(duì)無線環(huán)境的實(shí)時(shí)探測(cè)，并根據(jù)探測(cè)結(jié)果對(duì)頻譜資源進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定可用的頻譜資源，進(jìn)而按照相關(guān)規(guī)定對(duì)頻譜資源進(jìn)行合理分配和共享，使頻譜資源的利用率得到有效提高[4]。

(1)在應(yīng)用認(rèn)知無線電進(jìn)行電磁頻譜管理的時(shí)候，各個(gè)CR用戶都可以利用頻譜感知技術(shù)對(duì)電磁環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，便于找出時(shí)域、空域和頻域上的空閑頻譜，根據(jù)相關(guān)要求和規(guī)定對(duì)其進(jìn)行合理利用，使空閑頻譜得到充分利用，有效提高頻譜資源的利用率。

(2)在應(yīng)用認(rèn)知無線電進(jìn)行電磁頻譜管理的時(shí)候，可以利用信道容量及頻譜分析對(duì)空閑頻譜的特征進(jìn)行分析，便于找到能夠充分滿足用戶使用需求的空閑頻譜，進(jìn)而在特定范圍內(nèi)對(duì)頻譜信息進(jìn)行共享[5]。

(3)在空閑頻譜的檢測(cè)和分析工作結(jié)束之后，就需要根據(jù)服務(wù)質(zhì)量的需求，制定科學(xué)的頻譜決策。首先，需要為用戶選擇良好的頻譜，確定信息傳輸模式、信號(hào)調(diào)制方式、可接受的誤碼率、傳輸延遲限度、傳輸數(shù)據(jù)速率及傳輸帶寬等等。其次，需要根據(jù)頻譜分配策略，為CR用戶提供最優(yōu)的頻譜。

(4)通過用戶發(fā)射端對(duì)發(fā)射功率進(jìn)行控制，并在此基礎(chǔ)上，建立完整的通信。一旦出現(xiàn)使用中的空閑頻譜被干擾，無法滿足用戶使用需求的時(shí)候，或是授權(quán)用戶再次出現(xiàn)的時(shí)候，就需要及時(shí)切換頻譜，以此確保通信的正常進(jìn)行。

■2.2 傳統(tǒng)頻譜管理網(wǎng)系與CR網(wǎng)絡(luò)頻譜管理

2.2.1 傳統(tǒng)頻譜管理網(wǎng)系

根據(jù)傳統(tǒng)頻譜管理網(wǎng)系的建設(shè)情況來看，其中包括了頻譜探測(cè)網(wǎng)、頻譜監(jiān)測(cè)網(wǎng)、頻譜管理數(shù)據(jù)庫、用頻裝備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及頻譜管理指揮控制系統(tǒng)等多個(gè)部分。其中頻譜監(jiān)測(cè)網(wǎng)作為我國軍事頻譜管理網(wǎng)系的重要支撐網(wǎng)，其主要任務(wù)就是負(fù)責(zé)測(cè)量和分析無線環(huán)境中電磁信號(hào)的頻譜特征參數(shù)，比如發(fā)射帶寬、頻率誤差、信號(hào)頻率、調(diào)制度等等，并針對(duì)干擾源和非法電臺(tái)進(jìn)行測(cè)向定位[6]。而用頻裝備作為電磁頻譜管理中的主要控制對(duì)象，也是執(zhí)行頻譜管理方案的重要基礎(chǔ)，但是這兩者是獨(dú)立存在的，無法利用頻譜監(jiān)測(cè)信息充分反映用頻裝備所處位置的電磁環(huán)境情況。同時(shí)，在制定頻譜管理方案之前，需要對(duì)頻譜監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行分析和處理，通過頻譜管理網(wǎng)將頻譜管理方案?jìng)鬟f給用頻裝備網(wǎng)，使其能夠按照方案執(zhí)行，但是整個(gè)過程存在傳輸時(shí)延情況，難以保證其實(shí)時(shí)性，無法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的頻率調(diào)整。

2.2.2 CR網(wǎng)絡(luò)頻譜管理

通過CR網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電磁環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并利用本地網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行頻譜感知信息的共享，使頻譜感知信息能夠真正服務(wù)于電磁頻譜管理，有效提升電磁頻譜管理的合理性及科學(xué)性。同時(shí)，充分發(fā)揮CR網(wǎng)絡(luò)中所具備的干擾估測(cè)技術(shù)，能對(duì)授權(quán)用戶和CR用戶之間的干擾進(jìn)行估測(cè)，進(jìn)而對(duì)兩者進(jìn)行協(xié)商，使兩者的干擾發(fā)生率得到有效降低。同時(shí)，還可以發(fā)揮CR網(wǎng)絡(luò)具備的學(xué)習(xí)和推理功能，進(jìn)而選擇更好的運(yùn)行機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，使電磁頻譜管理能夠逐漸趨向于智能化，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的頻譜管理。在CR網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用條件下，用頻裝備不僅是頻譜管理中的控制對(duì)象，也是頻譜管理網(wǎng)和頻譜監(jiān)測(cè)網(wǎng)的一部分，能夠利用這些裝備完成頻譜使用、動(dòng)態(tài)頻譜管理和頻譜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的多重任務(wù)，使電磁頻譜管理的目標(biāo)得以順利完成。相比較傳統(tǒng)頻譜管理模式，CR網(wǎng)絡(luò)頻譜管理模式體現(xiàn)出以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

(1)有利于解決用頻裝備網(wǎng)和頻譜管理網(wǎng)之間的分離問題，使用頻裝備網(wǎng)、頻譜監(jiān)測(cè)網(wǎng)和頻譜管理網(wǎng)成為一體，進(jìn)而根據(jù)任務(wù)和環(huán)境的變化進(jìn)行智能化的頻譜分配。

(2)有利于改變頻譜管理方式，使集中式的靜態(tài)頻譜管理轉(zhuǎn)變向自適應(yīng)的動(dòng)態(tài)頻譜管理方式，整個(gè)過程對(duì)人力資源的消耗顯著降低，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的頻譜分配。

(3)有利于提高頻譜分配的可靠性。能夠有效解決傳統(tǒng)頻譜管理方式中無法隨意更改指配頻率的問題，通過功率控制、干擾估測(cè)等方式增強(qiáng)了頻譜管理網(wǎng)的抗干擾性能，使通信的正常進(jìn)行得到有效保障。

(4)有利于實(shí)現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化的頻譜管理。在CR網(wǎng)絡(luò)頻譜管理中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠根據(jù)電磁環(huán)境進(jìn)行學(xué)習(xí)和推理，對(duì)空閑頻譜進(jìn)行合理使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境感知信息的共享，通過科學(xué)算法對(duì)頻譜進(jìn)行分配，并完成網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的智能化選擇，完成通信的建立，整個(gè)過程不需要提前做好準(zhǔn)備工作，實(shí)現(xiàn)了智能化的電磁頻譜管理。

3 加強(qiáng)CR網(wǎng)絡(luò)電磁頻譜管理的具體建議

想要充分發(fā)揮認(rèn)知無線電在電磁頻譜管理中的作用，就必須要及時(shí)改變頻譜管理思想，實(shí)施互補(bǔ)式、開放式和動(dòng)態(tài)靈活的頻譜管理方式，將頻譜劃分為不可干擾、可存在一定干擾和無限制的非授權(quán)使用等三個(gè)等級(jí)。其中第二等級(jí)和第三等級(jí)的頻譜是認(rèn)知無線電能夠利用的頻譜，比如ISM頻段的開放共享方式等等。同時(shí)，需要嚴(yán)格控制第三等級(jí)頻譜所占的范圍，盡可能增加第二等級(jí)和第三等級(jí)頻譜的范圍，進(jìn)而使頻譜資源的利用率得到有效提高。其次，在進(jìn)行CR網(wǎng)絡(luò)頻譜管理工作的時(shí)候，要做好數(shù)據(jù)庫管理工作，及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫內(nèi)容進(jìn)行更新和完善，便于為電磁頻譜管理提供更加完整、可靠的依據(jù)。最后，為保證CR網(wǎng)絡(luò)頻譜管理工作的順利開展，應(yīng)積極加強(qiáng)對(duì)頻譜管理人員的綜合培訓(xùn)，不斷完善頻譜管理人員的知識(shí)結(jié)構(gòu)和技能結(jié)構(gòu)， 使其能夠正確判斷和處理工作問題，避免在頻譜管理工作中出現(xiàn)不當(dāng)操作，使電磁頻譜管理工作的效率及質(zhì)量得到有效提高。

4 結(jié)語

綜上所述，為充分發(fā)揮認(rèn)知無線電技術(shù)在電磁頻譜管理中的應(yīng)用價(jià)值，需要深入分析認(rèn)知無線電技術(shù)，準(zhǔn)確把握認(rèn)知無線電技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而將其合理運(yùn)用到電磁頻譜管理中，使電磁頻譜管理水平得到有效提高。同時(shí)，為確保電磁頻譜管理能夠適應(yīng)社會(huì)發(fā)展要求，應(yīng)積極加強(qiáng)對(duì)電磁頻譜管理的優(yōu)化和創(chuàng)新，為電磁頻譜管理的持續(xù)發(fā)展提供有利支持。