眾所周知，無線電頻譜是一種寶貴的自然資源。雖然在理論上3000GHz以下的電磁頻譜均被稱為無線電頻譜，但由于技術的限制，目前人類僅僅劃分出9kHz到400GHz的使用頻段。實際上，軍用的頻段集中在40GHz以下，而民用頻段主要集中在3GHz以下。隨著移動通信技術的迅速發展，新的無線通信業務層出不窮，用戶數量不斷增加，頻譜資源變得日益緊缺。為了解決這一問題，人們先后發明了多種先進的調制技術、編碼技術以及多天線技術、鏈路自適應等新技術。這些技術從不同的角度提高了信道容量，取得了較好的效果。然而，由于受到香農極限的限制，人們不可能無限制地提高信道容量。雖然無線電頻譜可以重復使用，但就某個頻點或頻段來說，在一定的時域、空域是有限的，是不能夠重復使用的。與頻譜資源短缺形成鮮明對比的卻是現有頻譜利用率的極其低下。

圖l為加利福尼亞大學伯克利分校測試的0—6GHz頻譜利用率。實測結果表明，在全球授權頻段，即便是信號傳播特性較好、需求非常緊張的300MHz到3GHz頻段內，頻譜利用率也不到6％；在3—4GHz頻段，頻譜利用率降低為0.5％；在4GHz以上，頻率利用率更低。因此，如何對頻譜資源進行有效共享，充分提高頻譜利用率成為亟待解決的問題。在這樣的背景下，認知無線電(CR，Cognitive Radio)技術提出了一種新的解決思路一通過動態頻譜共享(DSS，DynamicSpectrum Sharing)來提高無線頻譜的利用效率。

2 認知無線電技術

1999年，軟件無線電奠基人、瑞典皇家理工學院J．Mitola博士在軟件無線電(SR，Software Radio)的基礎上提出了認知無線電的概念。J.Mitola在其博士論文和隨后的一系列論述中，對CR進行了較為系統的闡述。

CR的概念一經提出就引起了世界各國眾多學者的密切關注。IEEE、FCC、SDR論壇等機構都從不同的角度對CR進行了描述和定義。這些定義實質上大同小異，概括來說：認知無線電能夠不斷感知周圍電磁環境和地理環境的變化，通過機器學習的方法，實現環境和自我的認知，采用無線電知識描述語言，與通信網絡進行智能交流，在不干擾授權用戶的條件下，自適應地調整其自身的通信機理(通信頻率、調制方式、發送功率等參數)來達到對環境變化的適應。這樣的自適應調整不僅提高了無線頻譜的利用效率，同時也提高了系統的吞吐量、信噪比、穩定性等性能。

CR的最大優勢在于它可以不用專門授權就工作在授權用戶的工作頻段上，對所謂的“閑置”頻譜進行二次利用。所謂授權用戶(AU，Authorized User)也叫主用戶(PU，Primary User)，是指經過頻率管理部門授權，合法使用某一頻段的傳統無線電用戶；與授權用戶對應的稱為感知用戶(SU，Sense User)也叫次用戶(SU，Second User)，是指不經過頻率管理部門專門授權，就可以使用已授權于主用戶的頻段的認知無線電用戶。CR主要包括以下關鍵技術：

2.1 頻譜感知技術

CR能夠感知、適應和學習周圍的電磁環境，發現頻率空穴(Frequency Hole)，熟知無線信號的特征，并合理利用這些結果，這就是所謂的頻譜感知(Spectrum Awareness)技術，也是CR區別與其他無線電的根本之所在。所謂頻率空穴是指被分配給某授權用戶，但在特定時間和具體位置該用戶并沒有使用的頻帶。

CR頻譜感知技術主要有兩種類型：主動感知和被動感知。主動感知是指CR終端利用自身靈敏的射頻前端，采集電磁信息，借助先進的信號處理技術，進而識別出所處環境的無線電頻譜使用狀況；被動感知由系統中的基站來進行頻譜分析，并廣播目前的頻譜使用狀態信息，進而使得該區域內分布的CR終端能夠從中心基站“被動”地知道無限頻譜的使用狀況。

主動感知方式要求CR終端的射頻前端有極高的靈敏度和很寬的工作帶寬，同時具備高速的信號處理能力。因此，主動感知不可避免地導致CR終端造價高昂且軟硬件結構復雜。

被動感知方式顯然可以減小CR終端的復雜度和成本，但頻譜使用信息是由基站進行廣播的，若基站檢測到授權用戶要接人某一個正在被感知用戶使用的頻率，感知用戶只有在收到基站信息后才能為授權用戶“騰出”這個頻率。這樣勢必會加大鏈路切換的時延，進而對授權用戶造成一定的干擾。

不管是被動還是主動感知方式，對弱信號的檢測都是一個比較困難的問題。采用聯合頻譜檢測的技術的仿真結果表明，聯合頻譜感知不僅能夠降低弱信號的漏檢概率，而且能縮短檢測時間，提高整個網絡的靈活性。

2.2 頻譜池共享技術