隨著無線通信技術的發展，無線用戶的數量急劇增加，使得頻譜資源變得越來越緊張，如何充分提高無線頻譜的利用率成為亟待解決的技術問題。認知無線電技術提出了一種新的解決思路，其核心思想就是使無線通信設備具有發現“頻譜空洞”并合理利用所發現的“空洞”的能力。雖然認知無線電技術能以更為靈活的方式來管理有限的頻譜資源，但要真正將其應用于實際通信系統還需解決包括頻譜檢測、自適應頻譜資源分配和無線頻譜管理等關鍵技術問題。

1 認知無線電技術提出的背景

隨著無線通信技術的飛速發展，頻譜資源變得越來越緊張。尤其是隨著無線局域網（WLAN）技術、無線個人域網絡（WPAN）技術的發展，越來越多的人通過這些技術以無線的方式接入互聯網。這些網絡技術大多使用非授權的頻段（UFB）工作。由于WLAN、WRAN無線通信業務的迅猛發展，這些網絡所工作的非授權頻段已經漸趨飽和。而另外一些通信業務（如電視廣播業務等）需要通信網絡提供一定的保護，使他們免受其他通信業務的干擾。為了提供良好的保護，頻率管理部門專門分配了特定的授權頻段（LFB）以供特定通信業務使用。與授權頻段相比，非授權頻段的頻譜資源要少很多（大部分的頻譜資源均被用來做授權頻段使用）。而相當數量的授權頻譜資源的利用率卻非常低。于是就出現了這樣的事實：某些部分的頻譜資源相對較少但其上承載的業務量很大，而另外一些已授權的頻譜資源利用率卻很低。因此，可以得出這樣的結論：基于目前的頻譜資源分配方法，有相當一部分頻譜資源的利用率是很低的。

為了解決頻譜資源匱乏的問題，基本思路就是盡量提高現有頻譜的利用率。為此，人們提出了認知無線電的概念。認知無線電的基本出發點就是：為了提高頻譜利用率，具有認知功能的無線通信設備可以按照某種“伺機（Opportunistic Way）”的方式工作在已授權的頻段內。當然，這一定要建立在已授權頻段沒用或只有很少的通信業務在活動的情況下。這種在空域、時域和頻域中出現的可以被利用的頻譜資源被稱為“頻譜空洞”。認知無線電的核心思想就是使無線通信設備具有發現“頻譜空洞”并合理利用的能力。

當非授權通信用戶通過“借用”的方式使用已授權的頻譜資源時，必須保證他的通信不會影響到其他已授權用戶的通信。要做到這一點，非授權用戶必須按照一定的規則來使用所發現的“頻譜空洞”。在認知無線電中，這樣的規則是以某種機器可理解的形式（如XML語言）加載到通信終端上。由于這些規則可以隨時根據頻譜的利用情況、通信業務的負荷與分布等進行不斷的調整，因此通過這些規則，頻譜管理者就能以更為靈活的方式來管理寶貴的頻譜資源。

2 認知無線電的歷史和概念

從以上介紹可以看出，為了提高頻譜利用率，可以充分利用檢測到的“頻譜空洞”。這是認知無線電技術的一項應用。但是，作為一個全新概念提出的認知無線電，其涵蓋面則更為廣泛。認知無線電的基本定義可歸納為［1］：認知無線電（Cognitive Radio）是可以感知外界通信環境的智能通信系統。認知無線電系統通過學習，不斷地感知外界的環境變化，并通過自適應地調整其自身內部的通信機理來達到對環境變化的適應。這樣的自適應調整一方面是為了改進系統的穩定性，另一方面是為了提高頻譜資源的利用率。由此可以總結出認知無線電所具有的特點是：

*對環境的感知能力

*對環境變化的學習能力

*對環境變化的自適應性

*通信質量的高可靠性

*對頻譜資源的充分利用

*系統功能模塊的可重構性

認知無線電是由MITRE公司的顧問、瑞典皇家技術學院Joseph Mitola博士生和GERALD Q MAGUIRE， JR.教授于1999年8月在IEEE Personal Communications雜志上明確提出的［2］，是對軟件無線電的進一步的擴展。認知無線電采用無線電域的基于模型的方法對控制無線電頻譜使用的規則（如射頻頻段、空中接口、協議以及空間和時間模式等）進行推理，通過無線電知識表示語言（RKRL）［3］，表述無線電規則、設備、軟件模塊、電波傳播特性、網絡、用戶需求和應用場景的知識，以增強個人業務的靈活性，使軟件無線電技術能更好地滿足用戶需求。