[摘要]认知无线电技术的出现是为了解决频谱资源日益稀缺的问题。将现有的认知无线电技术分成两大类：机会频谱接入法和同频接入法。主要针对前者讨论其基本步骤，即频谱空洞检测，预测建模以及机会频谱管理。
　　[关键词]认知无线电机会频谱接入同频接入频谱空洞动态跳频
　　中图分类号：TN92　文献标识码：A　文章编号；1671—7597(2009)1010054—01
　　
　　一、引言
　　
　　随着无线通信技术的快速发展，新的无线通信技术和系统的需求迅速增长，无线通信现有可用频谱越来越少，而拓展新的频谱资源则受到射频技术、天线尺寸、电磁传播特性和经济等因素的限制，频谱成为日益稀缺的珍贵资源，从申请频谱到牌照颁发的周期太长，不利于新技术的发展和应用推广。因而认知无线电(cognitire Radio)的概念应运而生。
　　经过近几年的快速发展，认知无线电的内涵不断扩大。广义地，根据次用户和主用户是否能同时在相同频段传输数据，我们把认知无线电分为两类，分别称为机会频谱接入和同频接入。
　　机会频谱接入方法中，次用户利用主用户的频谱空洞进行通信。机会频谱接入技术要求次用户能够周期性地扫描频谱，检测可获得的频谱空洞，然后次用户可以使用这些频谱空洞进行通信。一旦在某个空闲频谱上检测到主用户到来，次用户立刻放弃该段频谱，以避免对主用户产生干扰。利用这种技术，次用户可以在不干扰主用户基础上进行机会通信。而同频接入方法包括超宽带(uWB)技术和重叠(0verlay)技术。超宽带(UWB)技术对次用户的发射功率进行了严格的限制，以控制其对主用户的干扰。重叠方法通过脏纸编码(dirty paper coding)技术允许次用户和主用户在相同频带上同时传输数据，但是却要求次用户知道主用户的边信息。
　　
　　二、机会频谱接入
　　
　　(一)频谱空洞检测
　　频谱空洞指的是这样的频带，它被授权给了特定的主用户，但是在特定的时间和地点，主用户并没有使用该频带。
　　1，检测方法简介
　　(1)能量检测：检测器根据某一或某些频段内电磁波能量的大小是否超过预先设定的阈值来判断。通常的做法是检测器对接收到的信号采样，并求其模平方的和，再把结果与某一阈值进行比较判断是否检测到主用户信号。这种检测方法原理简单，而且不需要主用户的合作。但是，能量检测精度不高，造成虚警或漏捕概率较高，而且检测时间长。实际上。针对不同的主用户系统，能量检测法会有差异。例如在中，提出了专门针对wiMAX为主用户，UWB为次用户的能量检测方法。
　　(2)匹配滤波法：这种方法进行的是相干检测，它需要知道主用户的同步信息和其他一些先验信息(例如主用户的训练符号序列)。这种检测方法精度高，检测时间较能量检测要短。但是它需要预先知道主用户的先验信息，还需要主用户的合作(相干检测时次用户要与主用户同步)，这造成了设计的复杂度较高。
　　(3)循环平稳检测法：该方法利用了主、次用户信号之间的统计平稳特性的差异来检测主用户信号。
　　(二)频谱空洞预测建模
　　由于技术的限制和成本控制的原因，次用户检测器不可能做到时刻检测其周围环境的所有频谱空洞。为了使检测更为有效，人们提出分析已有检测结果的统计特性，对信道状态建模，并利用该统计模型指导检测。具体地说，我们可以根据某一频段是否被主用户占用将该频段状态分成空闲和占用两个状态。随着时间的推移，该频段呈现两种状态交替变化。对于一般的加性噪声信道，我们可以用一阶马尔可夫过程对其状态进行建模。对于时变的多径信道，由于信道的记忆性较强，必须得用二阶及二阶以上的马尔可夫过程对信道状态建模。
　　(三)机会频谱管理
　　一旦检测到频谱空洞，就要决定如何利用那些频谱空洞。机会频谱通信的主要特点是频谱空洞随着时间不断变化，这对调制的选择提出了很高的要求·能够适应这种特点的调制方式大致有两种。一种是动态跳频技术，一种是正交频分复用(OFDM)技术。
　　动态跳频技术首先在IEEE 802.22标准的草案中提出，它的基本原理是：某个时隙，次用户在一个工作信道上传输数据的同时，在其他信道上进行频谱检测；下一时隙，次用户放弃之前的工作信道，切换到一个检测到的空闲频谱上。
　　但是次用户可用的频谱空洞可能位于很宽的频谱范围并且不连续，所以OFDM技术由于其高效和灵活性成为最佳的候选方案。其基本原理是将整个频谱分成若干个正交的子载波，次用户根据检测的结果，只利用那些没有被主用户占用的子载波进行数据传输在进行OFDM调制时，将被主用户占用的子载波置零，同时考虑到频谱泄漏问题，留出必要的保护子载波，从而避免对主用户产生干扰。OFDM技术的特点是高效灵活，但是也存在自身固有的问题，比如高峰均比问题等。此外，次用户应用OFDM技术，子载波间隔和符号间隔必须和频谱空洞的带宽和时域持续时间相匹配。