20、5G无线通信中的认知无线电技术解析

5G无线通信中的认知无线电技术解析

1. 5G网络与频谱挑战

5G无线网络代表着超越现有4G的下一代移动通信技术。受消费者需求驱动，预计本十年数据流量将增长1000倍，这为5G技术带来了机遇与挑战，要求其提供快速且经济高效的数据连接，同时降低部署成本。

尽管4G系统中的小蜂窝和多输入多输出（MIMO）技术取得了成功，但单一技术进步无法满足未来的流量需求。如今的技术路线图表明，需要综合考虑频谱（赫兹）、频谱效率（每赫兹每小区的比特数）和小蜂窝（每平方公里的小区数）等因素，以实现这一宏伟目标。

目前，频谱资源十分稀缺。国际电信联盟无线电通信部门（ITU - R）预测，2020年额外的频谱需求将达到1280 - 1720 MHz，以补充移动网络中当前分配的无线电频谱。频谱政策特别工作组（SPTF）的调查显示，85%的当前分配无线电频段在不同地区和时间部分或完全未被使用。欧洲不同地区的频谱测量表明，400 MHz至3 GHz频段的频谱利用率低于11%。这些数据促使专家思考如何更有效地管理未来频谱，以应对所谓的“1000倍挑战”。

2. 认知无线电技术概述

认知无线电（CR）是一种新兴技术，有望解决5G网络中严格的频谱需求问题。CR可根据其运行环境的特性调整传输参数，具备认知能力且可重新配置。

在认知无线电网络（CRN）中，存在两种类型的用户：
- 主用户（PU）：拥有频谱的许可使用权，具有优先使用频谱的权利。
- 次用户（SU）：机会主义用户，根据与主用户达成的政策或监管机构定义的规则，以非干扰或租赁的方式访问频谱。

频谱是世界上受严格监管且稀缺的自然资源，其分配、使用和监管由各国监管