新技术

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数据通信2010.2

认知无线电网络中的频谱感知技术及面临的挑战

王海涛1江瑾尧2（1.解放军理工大学通信工程学院南京210007；

2.解放军理工大学理学院南京211101）

摘要：频谱感知作为认知无线电的关键技术之一，允许非授权用户伺机访问未使用的授权频带资源，从而大大改善了频谱利用率，并且具有较低的部署成本和较好的兼容性。文章首先介绍了认知无线电的概念和频谱感知提出的背景；然后详细探讨了频谱感知面临的技术挑战和设计权衡，并考虑了安全性问题；最后对可能威胁频谱感知的安全问题进行了说明并给出了结论。

关键词：认知无线电；软件无线电；频谱感知；动态频谱访问；协同感知

1前言

当前无线频谱资源日趋紧张，造成这种状况的

景下产生的一种崭新的无线通信模式，最早是由

JosephMitola博士于1999年提出的[4]。认知无线电是在软件无线电（SR）的基础上增加了频谱感知和智能处理能力，允许认知无线电设备通过感知无线环境，按

）方式动态利用在空域、频域和照伺机（Opportunistic时域上出现的空闲频谱资源（称为频谱空洞，即指分配给某授权用户但在特定时间和位置该用户没有使

原因主要包括以下几个方面：一是资源本身有限；二是无线设备和应用越来越普及，消费者对无线频谱的需求越来越大；三是无线频谱资源的分配极不合有效搜索和利用未用的频谱是一项富有挑理。因此，

专用方式，出战的任务。频谱分配方式主要有两种[1]：

公用方式，可以按照协商的方式共同使用频谱资源。需要指出的是，当前主要采用第一种分配方式，固定为用户分配指定的独占频带，这种分配方式非常低效和呆板，很快将会耗尽可用的频谱资源。实际上，许可频谱不论在时间和空间上都没有得到充分利

用。据SharedSpectrum公司报导，所有可用频带的平均利用率不到10%，在某些频带，如30～300MHz，甚至低于2%[2]。专用分配方式和严格的管制策略是极

），从而提高现有频谱资源的利用率。售或分配给具有唯一支配权的服务提供商或机构；用的频带

2频谱感知技术

2.1

基本技术

认知无线电设备必须能够感知并分析特定区域的频段，找出适合通信的频谱空洞，在不影响已有通信系统的前提下进行工作，将认知无线电用户通过扫描频带以确定哪些频带可用于数据传输的过程称

为频谱感知。由此可见，频谱感知（或频谱检测）技术

不合理的，人为加剧了无线资源的短缺问题。为此，是CR应用的基础和前提[5]。CR用户在工作时必须频管理层考虑实施新的频谱管理策略，引入了动态频谱访问（DSA）的概念[3]，即允许非许可用户（ULU）伺机利用许可用户（LU）未使用的频带。

FCC已允许非许可用户访问TV频带的频近来，IEEE也成立了IEEE802.22工谱空洞。在此基础上，

作组负责开发相应的空中接口和此方面的标准化工

CR作[1]。认知无线电（CognitiveRadio，）正是在这种背

繁地对当前工作频段和其他频段进行感知操作。对当前工作频段感知的目的是检测频段是否出现主用户：当出现主用户时可以进行快速的规避，放弃对当前工作频段的占用，从而避免对主用户形成干扰。对其他频段感知的目的是对周围其他频段的频谱使用状况进行监测：一方面在当前工作频段不可用时，可以及时切换到其他可用的工作频段；另一方面，可以

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收稿日期：2010-03-10