王彥

摘 要 作為一種重要的戰(zhàn)略資源 無線電頻譜資源對(duì)保障信息通暢 增強(qiáng)軍事實(shí)力 以及保證國家長治久安有著重要意義 因此 必須對(duì)其進(jìn)行規(guī)范有效地管理 同時(shí) 無線電技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)以及生活的各個(gè)方面 比如 氣象預(yù)測 軍事以及人們的日常通信 無線電技術(shù)已成為生活中不可或缺的重要組成部分 但是 隨著電磁頻譜的需求逐漸擴(kuò)大 供需矛盾日益凸顯 高峰期供給不足同時(shí)又存在電磁頻譜閑置的現(xiàn)象 如何解決該問題 值得相關(guān)從業(yè)者進(jìn)行深入思考 文章以認(rèn)知無線電技術(shù)為突破口 論述認(rèn)知無線電技術(shù)在電磁頻譜管理中的應(yīng)用 以期為相關(guān)行業(yè)提供參考

關(guān)鍵詞 認(rèn)知無線電技術(shù) 電磁頻譜 管理

中圖法分類號(hào)tn925? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼a

認(rèn)知無線電又被稱為智能無線電，它以靈活、智能、可重配置為顯著特征，通過感知外界環(huán)境，并借助人工智能技術(shù)從環(huán)境中學(xué)習(xí)，有目的地實(shí)時(shí)改變某些操作參數(shù)（如傳輸功率、載波頻率和調(diào)制技術(shù)等），使其內(nèi)部狀態(tài)適應(yīng)接收到的無線信號(hào)的統(tǒng)計(jì)變化，從而實(shí)現(xiàn)任何時(shí)間、任何地點(diǎn)的高可靠通信以及對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中有限的無線頻譜資源進(jìn)行高效利用。其具有認(rèn)知性能、決策性能、執(zhí)行性能，能夠有效提高電磁頻譜的利用率，解決了電磁頻譜在高峰期供給不足以及電磁頻譜限制的問題。

１ 電磁頻譜管理與認(rèn)知無線電技術(shù)

由于現(xiàn)代信息技術(shù)以及無線電技術(shù)的快速發(fā)展，無線電技術(shù)的應(yīng)用在人們?nèi)粘Ｉ钪械钠占靶砸苍诓粩嘣黾印Ｔ趯?duì)電磁頻譜進(jìn)行管理的過程中，由于電磁頻譜資源存在需求增加以及資源有限的特征，使電磁頻譜管理備受行業(yè)專家的重視［１］ 。

傳統(tǒng)的電磁頻譜管理指的是數(shù)據(jù)被頻譜監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)采集后，傳輸?shù)焦芾硐到y(tǒng)中，由頻譜管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行決策和分析，然后進(jìn)行下一步的數(shù)據(jù)加工，最后將加工處理后的電磁頻譜分配給指定的用戶。在傳統(tǒng)的電磁頻譜管理過程中，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)與頻譜監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)互相獨(dú)立，未形成良好的協(xié)調(diào)合作關(guān)系。顯然這種作業(yè)模式不能適應(yīng)現(xiàn)代化的信息發(fā)展，無法對(duì)有效數(shù)據(jù)和有效信息進(jìn)行協(xié)同處理和加工。而新時(shí)代的認(rèn)知無線電技術(shù)能克服傳統(tǒng)頻譜管理系統(tǒng)中存在的問題。當(dāng)前，隨著認(rèn)知無線電技術(shù)的發(fā)展，認(rèn)知無線電技術(shù)在國內(nèi)外得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用，尤其是在通信領(lǐng)域，如在５ ＧＨｚ 頻段的ＩＥＥＥ·８０２．１１ａ 則對(duì)ＴＰＣ以及ＤＦＳ 機(jī)制進(jìn)行了應(yīng)用，以避免雷達(dá)信號(hào)間的干擾。而在高速情況下接入的ＥＶＤＯ 以及ＨＳＤＰＡ 認(rèn)知調(diào)制，則需要通過對(duì)用戶服務(wù)的確認(rèn)以及對(duì)用戶工作的最佳環(huán)境進(jìn)行識(shí)別，并在此基礎(chǔ)上對(duì)更為有效的數(shù)據(jù)速率以及調(diào)制方案進(jìn)行設(shè)定，以滿足用戶的ＱｏＳ 需求。對(duì)于這部分技術(shù)來說，其僅僅是認(rèn)知無線電功能中非常小的一部分，能夠按照漸進(jìn)方式擴(kuò)展到無線電全部性能。如今，認(rèn)知無線電技術(shù)具有廣闊的市場以及發(fā)展?jié)摿Α?/p>

認(rèn)知無線電技術(shù)屬于無線通信技術(shù)，此概念最早在１９９９ 年由瑞典皇家技術(shù)學(xué)院的Ｊｏｓｅｐｈ Ｍｉｔｏｌａ 博士提出，英文全稱為Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ Ｒａｄｉｏ，簡稱ＣＲ。此后，隨著認(rèn)知無線電技術(shù)的成熟，越來越多的國家開始致力于研究其應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用途徑。認(rèn)知無線電技術(shù)在電磁頻譜傳輸作業(yè)中充當(dāng)著“交通警察”的角色，將電磁頻譜傳輸給目標(biāo)用戶和有需要的用戶，對(duì)頻譜信息進(jìn)行自主收集，并學(xué)習(xí)其分配方式。在具體的操作過程中，使用認(rèn)知無線電技術(shù)能夠節(jié)省人力、物力資源，以及實(shí)現(xiàn)電磁頻譜傳輸?shù)淖畲蠡??？梢詫⒄J(rèn)知無線電應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，能夠有效加強(qiáng)信息的保密性以及電子的對(duì)抗能力。相較于傳統(tǒng)的電磁頻譜管理體系而言，認(rèn)知無線電技術(shù)擁有更好的協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)性，能對(duì)眾多的終端設(shè)備進(jìn)行整合，最終實(shí)現(xiàn)電磁頻譜的自主分析、決策，以及智能化分配［２］ 。

１．１ 認(rèn)知無線電技術(shù)物理層特征

１．１．１ 認(rèn)知無線電技術(shù)中頻率偵聽技術(shù)

將頻率偵聽技術(shù)應(yīng)用至認(rèn)知無線電技術(shù)中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜的連續(xù)偵聽。此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)閑置的頻譜，從而在不對(duì)授權(quán)用戶造成影響的情況下，對(duì)其他出現(xiàn)的用戶實(shí)施快速檢測，為出現(xiàn)的用戶挪出可用寬帶。將頻譜偵聽?wèi)?yīng)用至無線電技術(shù)中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)用戶的不同接受率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。此技術(shù)在靈敏度以及寬帶頻率方面具有更大的優(yōu)勢，主要原因在于對(duì)ＤＦ，ＣＦ，ＡＦ 協(xié)議的有效應(yīng)用，能夠有效提高頻譜偵聽能力［３］ 。

１．１．２ 動(dòng)態(tài)頻譜分析

歐洲部分地區(qū)的多個(gè)項(xiàng)目對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)頻譜進(jìn)行了細(xì)致的分析。對(duì)認(rèn)知無線電技術(shù)而言，客戶的需求不斷變化，且客戶的需求對(duì)于可用信道的數(shù)量、位置存在著不固定性，而該類需求也在不斷變化。因此，動(dòng)態(tài)頻譜分析技術(shù)對(duì)認(rèn)知無線電技術(shù)而言是不具備普適性的。但是，目前動(dòng)態(tài)頻譜的標(biāo)準(zhǔn)往往受國家政策、企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備以及頻譜統(tǒng)籌的限制，多采用頻譜共享技術(shù)。頻譜共享技術(shù)主要內(nèi)容是將各個(gè)業(yè)務(wù)的頻譜進(jìn)行加工、處理并整合成公共頻譜池，根據(jù)客戶需求將頻譜池的頻譜處理成不同的信道［４］ 。經(jīng)過上述處理，能夠滿足部分非授權(quán)用戶對(duì)于信道的使用需求，讓其對(duì)閑置信道進(jìn)行臨時(shí)的使用，在極大程度上解決了信道的分配問題。

１．２ 認(rèn)知無線電技術(shù)循環(huán)結(jié)構(gòu)框架

認(rèn)知無線電技術(shù)能夠隨著操作環(huán)境的變化對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化的調(diào)節(jié)和分配。其在性能上具有２個(gè)特點(diǎn)：一是認(rèn)知性能；二是重配置性能。完善的認(rèn)知無線電循環(huán)主要由３ 個(gè)部分組成：一是頻譜分析；二是頻譜決策；三是頻譜感知。頻譜分析指的是為客戶提供所需信息，將數(shù)據(jù)提供給信道并進(jìn)行估算，其中信道的好壞決定了最終通信效果的精準(zhǔn)性；頻譜決策指的是對(duì)用戶的需求和決策進(jìn)行優(yōu)化以及對(duì)最終的通信效果進(jìn)行優(yōu)先選??；頻譜感知指的是認(rèn)知用戶通過各種信號(hào)檢測和處理手段來獲取無線網(wǎng)絡(luò)中的頻譜使用信息［５］ 。認(rèn)知無線電循環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖如圖１ 所示。

從圖１ 可知，完整的認(rèn)知無線電循環(huán)結(jié)構(gòu)有３ 個(gè)重要組成部分，即頻譜分析、頻譜感知以及頻譜決策。認(rèn)知無線電循環(huán)結(jié)構(gòu)在運(yùn)行過程中能夠感知重復(fù)出現(xiàn)的用戶信息，進(jìn)而采取規(guī)避性操作行為。其次，認(rèn)知無線電循環(huán)結(jié)構(gòu)的重配置性指的是，在對(duì)硬件組件不更改的基礎(chǔ)上，對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整［６］ 。認(rèn)知無線電的重配置性使頻譜相較于傳統(tǒng)而言更具有靈活性和智能性。打造無線電循環(huán)結(jié)構(gòu)，能夠?qū)Y源進(jìn)行有效地調(diào)度。

１．３ 電磁頻譜資源調(diào)度

電磁頻譜資源調(diào)度作業(yè)是為了對(duì)電磁資源以及數(shù)據(jù)的靈活有效應(yīng)用，使作業(yè)更具有針對(duì)性，幫助專業(yè)設(shè)備達(dá)到最優(yōu)的性能狀態(tài)。在具體的操作過程中要注意以下幾個(gè)方面：一是保證電磁頻譜正常運(yùn)轉(zhuǎn)；二是當(dāng)發(fā)起攻擊時(shí)，對(duì)設(shè)備不能生成干擾因素。要兼顧好上述２ 個(gè)方面內(nèi)容，就需要對(duì)現(xiàn)有的電磁頻譜資源進(jìn)行全面把控，對(duì)相關(guān)需求實(shí)現(xiàn)全方位的分析和處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜的有效調(diào)度。電磁頻譜調(diào)度主要包含以下３ 個(gè)方面的內(nèi)容。電磁頻譜資源內(nèi)容如表１所列。

由表１ 可知，及時(shí)獲取電磁頻譜資源，需要在調(diào)度之前對(duì)區(qū)域節(jié)點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)分析和精準(zhǔn)獲取；對(duì)電磁用頻需求進(jìn)行多方位分析指的是，分析用頻裝備的屬性和個(gè)數(shù)、評(píng)定需求量以及電磁兼容程度；對(duì)頻譜資源實(shí)施科學(xué)調(diào)度指的是，根據(jù)環(huán)境和具體需求對(duì)頻譜資源進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，避免各設(shè)備之間出現(xiàn)互相干擾的狀況以及確保頻譜的使用率。

由于在實(shí)際操作過程中，電磁態(tài)勢往往易呈現(xiàn)出速變性和復(fù)雜性等特點(diǎn)，因此在進(jìn)行頻譜資源調(diào)度時(shí)要注意以下幾個(gè)方面。（１）遵循統(tǒng)籌規(guī)劃原則。避免各個(gè)設(shè)備之間以及鄰頻之間出現(xiàn)互相干擾、相互影響的現(xiàn)象，保證設(shè)備運(yùn)行最優(yōu)化，發(fā)揮設(shè)備的最大效能。（２）調(diào)度統(tǒng)一性。根據(jù)不同的需求對(duì)電磁頻譜進(jìn)行統(tǒng)

一、供需平等的調(diào)度。

總體來說，認(rèn)知無線電技術(shù)相較于傳統(tǒng)的無線電技術(shù)而言，已經(jīng)具有認(rèn)知技能。現(xiàn)代化的認(rèn)知無線電技術(shù)主要包括２ 個(gè)技術(shù)內(nèi)容：一是認(rèn)知技術(shù)；二是技術(shù)重構(gòu)。其中，認(rèn)知技術(shù)又包含了以下３ 個(gè)方面的內(nèi)容：決策技術(shù)、分析技術(shù)、感知技術(shù)。通過感知技術(shù)覺察電磁環(huán)境中頻譜用戶和頻譜空洞，利用分析技術(shù)對(duì)頻譜需求和信道需求進(jìn)行分析，最后利用決策技術(shù)經(jīng)過統(tǒng)籌協(xié)調(diào)和對(duì)比分析后做出傳輸決策，以保障傳輸?shù)耐〞?。重?gòu)技術(shù)指的是，在硬件設(shè)備不做出整改的前提下，對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。比如，發(fā)射功率參數(shù)、發(fā)射頻率參數(shù)。同時(shí)，對(duì)寬帶發(fā)射機(jī)進(jìn)行重建，為客戶隨時(shí)隨地提供高效高質(zhì)的通信［７］ 。

２ 認(rèn)知無線電技術(shù)在電磁頻譜管理中的應(yīng)用

２．１ 實(shí)現(xiàn)電磁頻譜的動(dòng)態(tài)分配

在具體的操作過程中，電磁頻譜的分配往往是固定的，大部分被分配給固定的授權(quán)用戶，而少部分分配給非授權(quán)用戶。這就容易出現(xiàn)閑置問題，因?yàn)榇蟛糠值氖跈?quán)用戶并沒有對(duì)電磁頻譜實(shí)現(xiàn)有效利用，易出現(xiàn)頻譜資源閑置和浪費(fèi)現(xiàn)象。另外，伴隨著電磁頻譜非授權(quán)用戶需求量的不斷增加，頻譜資源的利用率難以滿足現(xiàn)有的需求量，導(dǎo)致市場出現(xiàn)供給小于需求的現(xiàn)象。

此時(shí)，利用無線電技術(shù)對(duì)電磁頻譜進(jìn)行管理能夠在極大程度上消除傳統(tǒng)運(yùn)行方式中出現(xiàn)的供需不對(duì)等現(xiàn)象。無線電技術(shù)能夠感知自身的電磁環(huán)境以及周圍的電磁環(huán)境，并對(duì)有需求的用戶的實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。當(dāng)感知到需求用戶需要頻譜資源時(shí)，認(rèn)知無線電技術(shù)就將頻譜資源的相關(guān)信息提交給有需求的用戶。提升需求用戶資源使用率，降低資源閑置和浪費(fèi)。當(dāng)認(rèn)知無線電技術(shù)感知到閑置的頻譜資源時(shí)，能夠?qū)︻l譜資源實(shí)行有效分配。比如，在不影響授權(quán)用戶的正常使用情況下，允許非授權(quán)用戶使用資源。這種分配方式相較于傳統(tǒng)的靜態(tài)頻譜分配方式而言，能夠?qū)︻l譜資源實(shí)行更高效高質(zhì)的使用和分配。這充分展現(xiàn)了認(rèn)知無線電技術(shù)在頻譜分析技術(shù)、頻譜共享技術(shù)以及頻譜感知技術(shù)等方面的優(yōu)越性。

２．２ 增強(qiáng)電磁頻譜的抗干擾性

電磁環(huán)境由于其自身的物理特性，在具體的操作過程中往往容易受到干擾。所以，在對(duì)電磁頻譜管理的過程中就要求對(duì)電磁頻譜做到及時(shí)修改、及時(shí)調(diào)整等。比如，對(duì)參數(shù)、頻率、功率等進(jìn)行及時(shí)修改，以期增強(qiáng)電磁頻譜的環(huán)境抗干擾性。但這項(xiàng)操作在具體的作業(yè)過程中往往難以實(shí)施，因?yàn)殡姶蓬l率的相關(guān)參數(shù)一旦被設(shè)定，就不能由工作人員任意更改。這也導(dǎo)致當(dāng)遇到突發(fā)狀況時(shí)靜態(tài)頻譜的管理網(wǎng)難以及時(shí)做出應(yīng)對(duì)，并且極易受突發(fā)情況的影響，進(jìn)而導(dǎo)致接下來的通信工作受到干擾。在具體的運(yùn)行過程中，傳統(tǒng)的靜態(tài)頻譜管理網(wǎng)往往會(huì)出現(xiàn)抗干擾性較差的問題。在頻譜管理中引入認(rèn)知無線電技術(shù)，能夠有效解決上述問題。其中，認(rèn)知無線電技術(shù)所特有的干擾估測技術(shù)，能夠智能地識(shí)別各個(gè)評(píng)估用戶之間的干擾性，實(shí)現(xiàn)各個(gè)用戶之間的協(xié)調(diào)，從而減少干擾現(xiàn)象發(fā)生的可能性。

若出現(xiàn)了上述無法避免的干擾現(xiàn)象，則認(rèn)知無線電技術(shù)會(huì)啟動(dòng)頻譜移動(dòng)管理技術(shù)，在突發(fā)事件發(fā)生的第一時(shí)間將頻率切換，以保障通信工作的順利進(jìn)行。

２．３ 促進(jìn)電磁頻譜智能化管理

傳統(tǒng)的電磁頻譜管理工作流程如下。首先，通過頻譜監(jiān)測網(wǎng)對(duì)電磁環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，在將監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的加工處理后，將數(shù)據(jù)傳送至頻譜管理網(wǎng)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)客戶的具體需求制定出相應(yīng)的方案。最后，對(duì)該方案進(jìn)行執(zhí)行落地。在傳統(tǒng)的電磁頻譜管理工作中，各網(wǎng)之間相互獨(dú)立，缺少協(xié)同性、合作性，是一種自上而下的集中式管理。在具體的操作過程中以及應(yīng)對(duì)突發(fā)事件時(shí)往往需要人工對(duì)事件進(jìn)行處理、分析和決策。這些不足，大幅降低了頻譜管理的綜合效率。采用認(rèn)知無線電技術(shù)能夠有效地彌補(bǔ)傳統(tǒng)電磁管理中的不足［８］ 。

認(rèn)知無線電技術(shù)有著特有的感知能力，能夠?qū)χ車碾姶怒h(huán)境進(jìn)行智能化分析，并對(duì)閑置的頻譜進(jìn)行再次按需分配，從而提高頻譜的利用率，在一定程度上解決了頻譜供需不對(duì)等的問題，協(xié)調(diào)好授權(quán)用戶和非授權(quán)用戶的需求以及頻譜供給。并且，使用認(rèn)知無線電技術(shù)對(duì)電磁頻譜進(jìn)行管理，在整個(gè)通信建立的過程中，極大地減少了人力成本，減輕了電磁頻譜相關(guān)工作人員的作業(yè)負(fù)擔(dān)，從真正意義上實(shí)現(xiàn)了對(duì)頻譜的自動(dòng)化管理。

３ 結(jié)束語

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及自動(dòng)化技術(shù)的更新迭代，傳統(tǒng)的電磁頻譜管理技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中的弊端已經(jīng)日益凸顯，這嚴(yán)重制約了我國通信技術(shù)的發(fā)展。采用認(rèn)知無線電技術(shù)對(duì)電磁頻譜進(jìn)行管理，能夠有效地彌補(bǔ)傳統(tǒng)管理方式所帶來的不足。認(rèn)知無線電技術(shù)具有優(yōu)異的重構(gòu)能力和認(rèn)知能力，能夠?qū)﹄姶蓬l譜的異常反應(yīng)做出快速準(zhǔn)確的分析和判斷，并及時(shí)實(shí)施解決對(duì)策，保障通信的正常運(yùn)轉(zhuǎn)與進(jìn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)頻譜資源智能化管理。這節(jié)省了人力、財(cái)力、物力，避免了頻譜資源的限制，提高了頻譜資源的使用效率。

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