无线通信发展所面临的瓶颈之一就是频谱资源的不足,造成这一问题的主要原因是:一方面,当前普遍采用的静态频谱管理体制留给新系统、新业务的可用资源非常少;另一方面,据美国联邦通信委员会(FCC)研究表明,频谱的使用情况是动态变化的,大部分时段和空间的频谱利用率非常低。构建以认知无线电技术为核心的动态频谱管理体制,可以从根本上缓解频谱资源紧张的局面。认知无线电(CR)概念由Joseph Mitola博士提出,其主导思想是实现伺机的动态频谱接入,即非授权用户(也称次用户或认知用户)通过检测,机会性地接入已分配给授权用户(或主用户)但暂时很少使用甚至未被使用的空闲频段,一旦主用户重新接入该频段,次用户迅速腾出信道。这种技术需解决的首要问题就是如何快速准确地获取授权频谱的使用情况,目前主要有3类解决方案:建立数据库档案、传送信标信号和频谱感知。表1从多个方面对3种方案进行了比较,其中频谱感知方案因具有建设成本低、与现有主系统的兼容性强等突出优点,得到了大多数研究学者的认同;另外两种由于受到政治、经济等因素的制约而很难实现,对其研究相对较少。
频谱感知技术是指认知用户通过各种信号检测和处理手段来获取无线网络中的频谱使用信息。从无线网络的功能分层角度看,频谱感知技术主要涉及物理层和链路层,其中物理层主要关注各种具体的本地检测算法,而链路层主要关注用户间的协作以及对感知机制的控制与优化。那么频谱感知技术研究发展到了哪一步?未来的发展方向是什么呢?
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