51、5G及未来的灵活认知无线电接入技术：频谱感知解析

5G及未来的灵活认知无线电接入技术：频谱感知解析

1. 认知无线电概念简述

认知无线电系统（CRS）具备从环境获取信息、动态调整参数以及从经验中学习的特点，这与Mitola III提出的认知周期（观察、定位、规划、决策、行动、学习）以及Thomas等人对认知网络的定义相符。

CRS通过持续监测所处环境来获取相关信息，并将这些信息用于两个目的：一是相应地更新操作参数和策略；二是将获取的信息转化为有意义的知识和经验。这种通过学习为无线通信网络带来动态过程的方式，预计将在5G网络中发挥关键作用。

在认知无线电概念中，引入了两种类型的用户：
- 主用户（PUs）：作为授权用户，他们优先访问频谱。
- 次用户（SUs）：非授权用户，需机会性地使用频谱，即要先感知电磁频谱，找到空闲频段且不干扰主用户。

认知无线电技术能够通过提高频谱利用率，缓解无线通信网络频段的拥堵问题。例如，在物联网（IoT）网络中，认知无线电被视为关键推动因素之一。在农村地区，可利用白色频谱作为蜂窝网络的回传，降低成本。

认知无线电频谱管理主要包括四个阶段：频谱感知、频谱决策、频谱共享和频谱移动性。

2. 频谱感知

频谱感知是次用户的关键操作，因为他们只能机会性地使用电磁频谱。次用户需要检测目标频段是否有主用户，若有则需另寻频段，因为主用户优先使用频谱。这是建立无线通信链路的初始要求之一，但存在挑战，可能需要多次尝试，增加延迟和能耗。因此，选择高效的频谱感知方法至关重要。

频谱感知方法可根据不同标准分类，本文采用按带宽大小分类的方式，分为窄带频谱感知和宽带频谱感知。

2.1 窄