认知无线电技术在电磁频谱管理中的应用

认知无线电技术在电磁频谱管理中的应用

张文正

陕西凌云电器集团有限公司， 陕西 宝鸡 721006

摘要：在日益繁忙的信息社会中，电子设备的广泛使用不仅极大地改变了我们的生活方式，同时也对电磁频谱管理提出了新的挑战。今天的网络环境更加复杂和动态，而传统的电磁频谱管理方法，如固定频道分配和执照频谱使用，已经无法满足现代通信需求。因此，探寻一种新的频谱管理方式，以满足日益增长的业务需求，提高频谱资源的利用率，成为了工业界和学术界关注的热点问题。

关键词：认知无线电技术；电磁频谱；管理；应用

引言：

认知无线电技术主要通过持续监测、检测和学习环境中的频谱状况，了解哪些频带在何时何地处于空闲状态，并及时将空闲频率分配给需要频率资源的设备或系统使用。这种智能化、自动化的频谱管理方式在频繁变化的网络环境中确立了其重要地位。通过实施认知无线电技术，我们就可以在无线电波的海洋中找到一条可行的通行之路，实现高效、可持续的频谱利用，并创造更好的用户体验。

一、认知无线电的关键技术

认知技术是认知无线电的核心之一，它主要分为三个方面：感知、分析与决策。感知技术负责检查无线电频谱环境和频谱使用状态，寻找未利用的频谱空洞。这一技术涉及到信号处理、动态频谱检测等关键能力。其目的是对无线电环境做出准确的感知，以为下一步分析频谱需求提供基础。分析技术主要表示对频谱需求和用户使用习惯的研判和预测，这样才能依据环境做出优化决策。当感知到周围环境后，认知无线电需要通过人工智能等高级技术去理解并预测未来无线频谱的需求和使用情况。决策技术则是对前两步的结果进行综合考量，制定最佳的无线传输策略。决策结果可能包括最优的无线频谱选择、最佳的传输功率、最优的数据速率等。这个过程的目的就是为了在所有可能的解决方案中寻找到最优选择，确保无线通讯的效率和连续性[1]。重构技术是认知无线电的另一重要技术组成部分。这种技术可以在不改变硬件设备的基础上，调整无线通信系统的发射功率、频率等技术参数。通过调整参数，无线电设备可以适应频谱环境的变化，更有效地利用有限的无线电频谱资源，同时也可以改善无线通信的质量和性能。

二、 认知无线电技术在电磁频谱管理中的应用

（一）实现电磁频谱的动态分配

在过去的多年中，电磁频谱资源的分配在我们日常生活的许多方面起着至关重要的作用，包括电视、无线网络、卫星通讯等。传统的静态频率分配方式，即使在未使用的时段，也不允许非授权用户使用，导致了频谱资源的大量浪费[2]。这种方式的问题在于，把频谱资源看作是固定的、不可改变的，而实际上，电磁频谱的需求是动态变化的，随着通信技术的快速发展，已经有一种更为有效的动态频谱分配方法被提出。电磁频谱资源不再仅仅被分配给特定的授权用户。反之，鉴于时刻变化的需求和利用情况，应根据实时状况对频谱进行自主分配。动态频谱分配可以大大减少频谱的浪费。在实施传统分配策略的情况下，有些频谱资源可能会在某些时段内闲置，尤其是当主要的授权用户不使用它们的时候。相比之下，动态分配策略可以将这些闲置的频谱资源实时地分配给那些需要它们的非授权用户。在传统的静态分配方案下，频谱资源往往会出现供不应求的情况，这是由于可用资源的数量有限，而用户的需求则在不断增加。而动态频谱分配则可以实时开放未使用的资源，从而缓解市场上的紧张氛围。

（二）提高电磁频谱的抗干扰性

在21世纪，电磁频谱已经成为了人类生活和社会发展的重要资源。在电信通信、广播电视、卫星定位、物联网等众多领域，电磁频谱都起着至关重要的作用。

在传统的频谱管理策略中，电磁频谱的使用是静态分配的，且在一段很长的时间内基本保持稳定。这种方式无法灵活应对复杂多变的电磁环境，很容易在突发事件下收到干扰，影响通信的正常进行。因此，电磁频谱的管理应该根据电磁环境的变化进行实时调整，包括频率、功率等参数的动态调节。认知无线电技术是一种以理解、感知和适应无线环境为基础的新一代无线通信技术。通过认知无线电的干扰估测技术，可以评估用户间的干扰可能性，并通过用户间的合作和协商降低干扰的可能性。这种方法可以在很大程度上提高电磁频谱的抗干扰性。当发生干扰事件时，可以利用频谱移动性进行频率的切换，从而迅速应对干扰，确保通信的正常进行。频谱移动性管理技术是提高电磁频谱抗干扰性的一种重要方法，它可以提高电磁频谱的使用效率，同时也能降低干扰的影响。此外，政策规定与法规建设也是提高电磁频谱抗干扰性的重要途径。政府部门应当制定相应的政策和法规，对电磁频谱的使用进行科学合理的管理，例如实行动态频谱分配、开展频谱共享等，这既可以提高频谱资源的使用效率，也有助于降低电磁干扰。

（三）推进电磁频谱的智能化管理

电磁频谱作为通信和信息传输的重要载体，其管理方式的高效性直接影响着通信系统的运行效率。目前的传统频谱管理方式采用的是集中式管理，即先通过频谱检测网对周围电磁环境进行检测，并将检测数据处理后传输至频谱管理网，结合用户的频谱需求制定方案，再由用频装备网执行这些方案。然而这种方法虽然能够具备一定的管理功能，但是过度依赖人工的参与，降低了频谱管理的效率。

而认知无线电技术正是基于这种背景应运而生，它具备优秀的认知能力，能够实时对周围的电磁环境进行分析，并对空闲的频谱进行整体规划与动态分配，再结合网络标准，创设出稳定通畅的通信渠道，满足非授权用户和授权用户的需求。在整个过程中，工作人员的参与程度大大降低，实现了对频谱的自动化管理。这不仅极大降低了电磁频谱管理人员的工作负担，提升了频谱管理效率，还不失对频谱的稳定和细致控制。相较于传统的频谱管理方式，认知无线电的智能化管理具有很多优越性。这种管理方式对频谱资源利用率有着更好的提升。认知无线电技术能够进行频谱整体与动态分配，避免了频谱资源的闲置和浪费。智能化管理提供了更优质稳定的通信质量，它通过实时检测和分析电磁环境，及时调整和分配频谱资源，确保通信的正常进行。认知无线电的智能化管理具有很强的应对复杂电磁环境变化的能力。它能够动态调整频谱资源，适应复杂电磁环境的变化。

结束语：

总的来说，应用认知无线电技术于电磁频谱管理是未来通信发展的必然趋势。这种先进的技术赋能了电磁频谱的管理和使用，使之更具高效、灵活和智能化。

参考文献：

[1]乔柳源,邱钊洋. 基于认知无线电技术的电磁频谱资源调度算法 [J]. 计算机仿真, 2020, 37 (10): 407-411.

[2]杨春,潘兆平. 认知无线电技术在电磁频谱管理中的应用探讨 [J]. 电子制作, 2018, (22): 62-63+61.