無線電基本知識(shí)課件

無線電基本知識(shí)無線電基本知識(shí)12023/1/52InternationalStandardizationofCognitiveRadioSystems（CRS的國際標(biāo)準(zhǔn)）認(rèn)知無線電概述認(rèn)知無線電系統(tǒng)的基本概念認(rèn)知無線電系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)2022/12/282InternationalStand2023/1/53認(rèn)知無線電概述

認(rèn)知無線電的發(fā)展背景認(rèn)知無線電的概念和特點(diǎn)認(rèn)知無線電的基本原理與關(guān)鍵技術(shù)認(rèn)知無線電的發(fā)展現(xiàn)狀2022/12/283認(rèn)知無線電概述

認(rèn)知無線電的發(fā)展背景2023/1/54認(rèn)知無線電的發(fā)展背景

無線頻譜現(xiàn)狀：

頻譜資源緊張，很多國家差不多已經(jīng)將可用頻譜資源分配完畢。留給新系統(tǒng)、業(yè)務(wù)和技術(shù)的頻譜很少甚至沒有頻譜可分配。2022/12/284認(rèn)知無線電的發(fā)展背景

無線頻譜2023/1/55認(rèn)知無線電的發(fā)展背景上圖是美國紐約的頻譜利用情況：頻譜利用率僅15%-20%（授權(quán)頻譜）。2022/12/285認(rèn)知無線電的發(fā)展背景上圖是美國紐約的頻2023/1/56認(rèn)知無線電的發(fā)展背景頻分復(fù)用時(shí)分復(fù)用蜂窩小區(qū)如何才能提高頻譜利用率呢？2022/12/286認(rèn)知無線電的發(fā)展背景頻分復(fù)用如何才能提2023/1/57認(rèn)知無線電的發(fā)展背景

傳統(tǒng)技術(shù)在一定程度上提高頻譜利用率和傳輸容量，即便如此，頻率資源問題仍舊突出。認(rèn)知無線電的提出在一定程度上減緩了頻率資源短缺問題。2022/12/287認(rèn)知無線電的發(fā)展背景傳統(tǒng)技術(shù)在一2023/1/58認(rèn)知無線電的概念和特點(diǎn)

概念的提出：

認(rèn)知無線電(CognitiveRadio)這個(gè)術(shù)語首先是JosephMitola在軟件無線電概念的基礎(chǔ)上提出的。其核心思想是CR具有學(xué)習(xí)能力，能與周圍環(huán)境交互信息，以感知和利用在該空間的可用頻譜，并限制和降低沖突的發(fā)生。2022/12/288認(rèn)知無線電的概念和特點(diǎn)概念的提2023/1/59認(rèn)知無線電的概念和特點(diǎn)兩個(gè)概念：FCC認(rèn)為：“CR是能夠基于對其工作環(huán)境的交互改變發(fā)射機(jī)參數(shù)的無線電”SimonHaykin則從信號(hào)處理的角度出發(fā)，認(rèn)為：“CR是一個(gè)智能無線通信系統(tǒng)。它能夠感知外界環(huán)境，并使用人工智能技術(shù)從環(huán)境中學(xué)習(xí)，通過實(shí)時(shí)改變某些操作參數(shù)(比如傳輸功率、載波頻率和調(diào)制技術(shù)等)，使其內(nèi)部狀態(tài)適應(yīng)接收到的無線信號(hào)的統(tǒng)計(jì)性變化，以達(dá)到以下目的：任何時(shí)間任何地點(diǎn)的高度可靠通信；對頻譜資源的有效利用?！?/p>

2022/12/289認(rèn)知無線電的概念和特點(diǎn)兩個(gè)概念：2023/1/510認(rèn)知無線電的基本原理與關(guān)鍵技術(shù)

基本原理

CR設(shè)備對周圍環(huán)境感知、探測、分析，這種探測和感知是全方位的，應(yīng)對地形、氣象等綜合信息也有所了解。由此圖也可得出，CR是高智能設(shè)備，應(yīng)包含一個(gè)智能收發(fā)器。有了足夠的人工智能，它就能吸取過去的經(jīng)驗(yàn)對實(shí)際情況進(jìn)行響應(yīng)，過去的經(jīng)驗(yàn)包括對死區(qū)、干擾和使用模式等的了解。它的學(xué)習(xí)能力是使它從概念走向應(yīng)用的真正原因。2022/12/2810認(rèn)知無線電的基本原理與關(guān)鍵技術(shù)

基本2023/1/511認(rèn)知無線電的基本原理與關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)頻譜檢測匹配濾波器法能量檢測法循環(huán)平衡特定檢測法自適應(yīng)傳輸技術(shù)

OFDMUWB頻譜管理目前各種基于CR的頻譜管理思想和管理規(guī)則仍在研究之中。2022/12/2811認(rèn)知無線電的基本原理與關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技2023/1/512認(rèn)知無線電的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，認(rèn)知無線電技術(shù)炙手可熱，應(yīng)用前景一片大好。有報(bào)道稱具有認(rèn)知功能的無線局域網(wǎng)產(chǎn)品將在近一兩年內(nèi)問世，但是要真正實(shí)現(xiàn)CR技術(shù)還需解決包括頻譜檢測技術(shù)、自適應(yīng)頻譜資源分配技術(shù)和無線頻譜管理技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)問題。最引人關(guān)注的項(xiàng)目是IEEE802.22工作組的工作，該工作組制訂了利用空閑電視頻段進(jìn)行寬帶無線接入的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這是第一個(gè)引入認(rèn)知無線電概念的IEEE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)。2022/12/2812認(rèn)知無線電的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，認(rèn)知無線2023/1/513認(rèn)知無線電系統(tǒng)的基本概念

認(rèn)知無線電系統(tǒng)的定義認(rèn)知無線電系統(tǒng)的基本特性認(rèn)知無線電系統(tǒng)的分類2022/12/2813認(rèn)知無線電系統(tǒng)的基本概念

認(rèn)知無線電2023/1/514認(rèn)知無線電系統(tǒng)的定義

ITU-RWP1B的定義：認(rèn)知無線電系統(tǒng)是引進(jìn)如下技術(shù)的無線電系統(tǒng)：允許系統(tǒng)獲取關(guān)于自身運(yùn)行環(huán)境和地理環(huán)境，已建立政策以及自身內(nèi)部狀態(tài)的有關(guān)信息；根據(jù)已獲信息動(dòng)態(tài)自主地調(diào)整運(yùn)行參數(shù)和禮儀來達(dá)到預(yù)期目標(biāo)；

學(xué)習(xí)獲得的結(jié)果。

2022/12/2814認(rèn)知無線電系統(tǒng)的定義

ITU-RW2023/1/515認(rèn)知無線電系統(tǒng)的基本特性從以上對認(rèn)知無線電系統(tǒng)的定義我們可以得出其基本特性：獲取信息；動(dòng)態(tài)自主的調(diào)整自身運(yùn)行參數(shù)和禮儀；從先前的調(diào)整結(jié)果中學(xué)習(xí)來改善自身性能。2022/12/2815認(rèn)知無線電系統(tǒng)的基本特性從以上對認(rèn)知2023/1/516認(rèn)知無線電系統(tǒng)的基本特性認(rèn)知無線電系統(tǒng)框圖2022/12/2816認(rèn)知無線電系統(tǒng)的基本特性認(rèn)知無線電系2023/1/517CRS基本特性-獲取信息獲取信息的基本成分：CRS運(yùn)行無線電環(huán)境：例如，當(dāng)前頻譜使用情況，指示可用無線電系統(tǒng)，使用中的分配頻段，無線通信系統(tǒng)的覆蓋范圍，干擾水平等。CRS地理環(huán)境：例如，CRS或其他無線電系統(tǒng)設(shè)備的位置和其天線方向，CRS用戶在地理位置上的分布等。2022/12/2817CRS基本特性-獲取信息獲取信息的基2023/1/518CRS基本特性-獲取信息CRS自身內(nèi)部狀態(tài)：自身配置（比如，無線電使用的頻帶，禮儀），流量負(fù)載分布，傳輸功率。已建政策比如，CRS應(yīng)該避免對其他無線電系統(tǒng)造成有害干擾這樣的約束政策。使用方式

用戶需求高帶寬，低延時(shí)，費(fèi)用低。2022/12/2818CRS基本特性-獲取信息CRS自身內(nèi)2023/1/519CRS基本特性-獲取信息獲取信息的方法：從無線電系統(tǒng)設(shè)備中收集信息地理定位頻譜感應(yīng)頻譜空穴數(shù)據(jù)庫接入認(rèn)知輔助信道的接入2022/12/2819CRS基本特性-獲取信息獲取信息的方2023/1/520CRS基本特性-調(diào)整參數(shù)包括兩個(gè)方面：

決策與重構(gòu)

CRS擁有智能的管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠作出決定是否進(jìn)行參數(shù)和禮儀的調(diào)整。然后對輸出功率，頻帶，無線接入技術(shù)等參數(shù)進(jìn)行重構(gòu)。2022/12/2820CRS基本特性-調(diào)整參數(shù)包括兩個(gè)方面2023/1/521CRS基本特性-學(xué)習(xí)能力從先前的調(diào)整結(jié)果中學(xué)習(xí)來改善自身性能。2022/12/2821CRS基本特性-學(xué)習(xí)能力從先前的調(diào)整2023/1/522CRS基本特性-總結(jié)2022/12/2822CRS基本特性-總結(jié)2023/1/523CRS的分類

許多CRS部署方案，使用實(shí)例和商業(yè)實(shí)例是可行的。我們通常把CRS分成兩類：異構(gòu)型CRS；頻譜共享型CRS。2022/12/2823CRS的分類

許多CRS部署方案，使2023/1/524CRS的分類-異構(gòu)型基站授權(quán)型重構(gòu)型通過重構(gòu)來使用分配給運(yùn)營商的不同頻帶用特定的RAT給終端提供無線連接2022/12/2824CRS的分類-異構(gòu)型基站授權(quán)型重構(gòu)型2023/1/525CRS的分類-異構(gòu)型終端授權(quán)型重構(gòu)型應(yīng)用特定的RAT，這樣的終端可以連接特定的運(yùn)營商，或者其他與該運(yùn)營商有漫游協(xié)議的運(yùn)營商能夠自我重構(gòu)來應(yīng)用不同的RAT，相應(yīng)的，它可以在不同無線接入網(wǎng)絡(luò)之間切換。2022/12/2825CRS的分類-異構(gòu)型終端授權(quán)型重構(gòu)型2023/1/526CRS的分類-異構(gòu)型在異構(gòu)型CRS中，有數(shù)個(gè)是可執(zhí)行的部署方案網(wǎng)絡(luò)部署方案一：基站是授權(quán)型的，終端部分是授權(quán)型的，部分是重構(gòu)型的。2022/12/2826CRS的分類-異構(gòu)型在異構(gòu)型CRS中2023/1/527CRS的分類-異構(gòu)型2022/12/2827CRS的分類-異構(gòu)型2023/1/528CRS的分類-異構(gòu)型2022/12/2828CRS的分類-異構(gòu)型2023/1/529CRS的分類-異構(gòu)型部署方案二：

移動(dòng)無線路由把多個(gè)無線電系統(tǒng)和終端連接起來。2022/12/2829CRS的分類-異構(gòu)型部署方案二：2023/1/530CRS的分類-頻譜共享型使用相同或不同的接入技術(shù)的CRS能夠共享相同的頻帶。部署方案一：多個(gè)無線電接入網(wǎng)絡(luò)在未授權(quán)頻帶上運(yùn)行。部署方案二：次級(jí)系統(tǒng)在電視廣播運(yùn)營商的頻譜空穴上運(yùn)行。（注意：必須保證對廣播電視服務(wù)的保護(hù)，并且能讓主次系統(tǒng)的共存）2022/12/2830CRS的分類-頻譜共享型使用相同或不2023/1/531CRS的分類-頻譜共享型2022/12/2831CRS的分類-頻譜共享型2023/1/532認(rèn)知無線電系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)國際電信聯(lián)盟（InternationalTelecommunicationsUnion;ITU）美國電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers；IEEE）歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute；ETSI)歐洲計(jì)算機(jī)制造聯(lián)合會(huì)(EuropeanComputerManufacturesAssociation；ECMA)2022/12/2832認(rèn)知無線電系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)國際電信聯(lián)盟2023/1/533ITU2022/12/2833ITU2023/1/534IEEE2022/12/2834IEEE2023/1/535ETSI2022/12/2835ETSI無線電基本知識(shí)無線電基本知識(shí)362023/1/537InternationalStandardizationofCognitiveRadioSystems（CRS的國際標(biāo)準(zhǔn)）認(rèn)知無線電概述認(rèn)知無線電系統(tǒng)的基本概念認(rèn)知無線電系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)2022/12/282InternationalStand2023/1/538認(rèn)知無線電概述

認(rèn)知無線電的發(fā)展背景認(rèn)知無線電的概念和特點(diǎn)認(rèn)知無線電的基本原理與關(guān)鍵技術(shù)認(rèn)知無線電的發(fā)展現(xiàn)狀2022/12/283認(rèn)知無線電概述

認(rèn)知無線電的發(fā)展背景2023/1/539認(rèn)知無線電的發(fā)展背景

無線頻譜現(xiàn)狀：

頻譜資源緊張，很多國家差不多已經(jīng)將可用頻譜資源分配完畢。留給新系統(tǒng)、業(yè)務(wù)和技術(shù)的頻譜很少甚至沒有頻譜可分配。2022/12/284認(rèn)知無線電的發(fā)展背景

無線頻譜2023/1/540認(rèn)知無線電的發(fā)展背景上圖是美國紐約的頻譜利用情況：頻譜利用率僅15%-20%（授權(quán)頻譜）。2022/12/285認(rèn)知無線電的發(fā)展背景上圖是美國紐約的頻2023/1/541認(rèn)知無線電的發(fā)展背景頻分復(fù)用時(shí)分復(fù)用蜂窩小區(qū)如何才能提高頻譜利用率呢？2022/12/286認(rèn)知無線電的發(fā)展背景頻分復(fù)用如何才能提2023/1/542認(rèn)知無線電的發(fā)展背景

傳統(tǒng)技術(shù)在一定程度上提高頻譜利用率和傳輸容量，即便如此，頻率資源問題仍舊突出。認(rèn)知無線電的提出在一定程度上減緩了頻率資源短缺問題。2022/12/287認(rèn)知無線電的發(fā)展背景傳統(tǒng)技術(shù)在一2023/1/543認(rèn)知無線電的概念和特點(diǎn)

概念的提出：

認(rèn)知無線電(CognitiveRadio)這個(gè)術(shù)語首先是JosephMitola在軟件無線電概念的基礎(chǔ)上提出的。其核心思想是CR具有學(xué)習(xí)能力，能與周圍環(huán)境交互信息，以感知和利用在該空間的可用頻譜，并限制和降低沖突的發(fā)生。2022/12/288認(rèn)知無線電的概念和特點(diǎn)概念的提2023/1/544認(rèn)知無線電的概念和特點(diǎn)兩個(gè)概念：FCC認(rèn)為：“CR是能夠基于對其工作環(huán)境的交互改變發(fā)射機(jī)參數(shù)的無線電”SimonHaykin則從信號(hào)處理的角度出發(fā)，認(rèn)為：“CR是一個(gè)智能無線通信系統(tǒng)。它能夠感知外界環(huán)境，并使用人工智能技術(shù)從環(huán)境中學(xué)習(xí)，通過實(shí)時(shí)改變某些操作參數(shù)(比如傳輸功率、載波頻率和調(diào)制技術(shù)等)，使其內(nèi)部狀態(tài)適應(yīng)接收到的無線信號(hào)的統(tǒng)計(jì)性變化，以達(dá)到以下目的：任何時(shí)間任何地點(diǎn)的高度可靠通信；對頻譜資源的有效利用?！?/p>

2022/12/289認(rèn)知無線電的概念和特點(diǎn)兩個(gè)概念：2023/1/545認(rèn)知無線電的基本原理與關(guān)鍵技術(shù)

基本原理

CR設(shè)備對周圍環(huán)境感知、探測、分析，這種探測和感知是全方位的，應(yīng)對地形、氣象等綜合信息也有所了解。由此圖也可得出，CR是高智能設(shè)備，應(yīng)包含一個(gè)智能收發(fā)器。有了足夠的人工智能，它就能吸取過去的經(jīng)驗(yàn)對實(shí)際情況進(jìn)行響應(yīng)，過去的經(jīng)驗(yàn)包括對死區(qū)、干擾和使用模式等的了解。它的學(xué)習(xí)能力是使它從概念走向應(yīng)用的真正原因。2022/12/2810認(rèn)知無線電的基本原理與關(guān)鍵技術(shù)

基本2023/1/546認(rèn)知無線電的基本原理與關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)頻譜檢測匹配濾波器法能量檢測法循環(huán)平衡特定檢測法自適應(yīng)傳輸技術(shù)

OFDMUWB頻譜管理目前各種基于CR的頻譜管理思想和管理規(guī)則仍在研究之中。2022/12/2811認(rèn)知無線電的基本原理與關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技2023/1/547認(rèn)知無線電的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，認(rèn)知無線電技術(shù)炙手可熱，應(yīng)用前景一片大好。有報(bào)道稱具有認(rèn)知功能的無線局域網(wǎng)產(chǎn)品將在近一兩年內(nèi)問世，但是要真正實(shí)現(xiàn)CR技術(shù)還需解決包括頻譜檢測技術(shù)、自適應(yīng)頻譜資源分配技術(shù)和無線頻譜管理技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)問題。最引人關(guān)注的項(xiàng)目是IEEE802.22工作組的工作，該工作組制訂了利用空閑電視頻段進(jìn)行寬帶無線接入的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這是第一個(gè)引入認(rèn)知無線電概念的IEEE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)。2022/12/2812認(rèn)知無線電的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，認(rèn)知無線2023/1/548認(rèn)知無線電系統(tǒng)的基本概念

認(rèn)知無線電系統(tǒng)的定義認(rèn)知無線電系統(tǒng)的基本特性認(rèn)知無線電系統(tǒng)的分類2022/12/2813認(rèn)知無線電系統(tǒng)的基本概念

認(rèn)知無線電2023/1/549認(rèn)知無線電系統(tǒng)的定義

ITU-RWP1B的定義：認(rèn)知無線電系統(tǒng)是引進(jìn)如下技術(shù)的無線電系統(tǒng)：允許系統(tǒng)獲取關(guān)于自身運(yùn)行環(huán)境和地理環(huán)境，已建立政策以及自身內(nèi)部狀態(tài)的有關(guān)信息；根據(jù)已獲信息動(dòng)態(tài)自主地調(diào)整運(yùn)行參數(shù)和禮儀來達(dá)到預(yù)期目標(biāo)；

學(xué)習(xí)獲得的結(jié)果。

2022/12/2814認(rèn)知無線電系統(tǒng)的定義

ITU-RW2023/1/550認(rèn)知無線電系統(tǒng)的基本特性從以上對認(rèn)知無線電系統(tǒng)的定義我們可以得出其基本特性：獲取信息；動(dòng)態(tài)自主的調(diào)整自身運(yùn)行參數(shù)和禮儀；從先前的調(diào)整結(jié)果中學(xué)習(xí)來改善自身性能。2022/12/2815認(rèn)知無線電系統(tǒng)的基本特性從以上對認(rèn)知2023/1/551認(rèn)知無線電系統(tǒng)的基本特性認(rèn)知無線電系統(tǒng)框圖2022/12/2816認(rèn)知無線電系統(tǒng)的基本特性認(rèn)知無線電系2023/1/552CRS基本特性-獲取信息獲取信息的基本成分：CRS運(yùn)行無線電環(huán)境：例如，當(dāng)前頻譜使用情況，指示可用無線電系統(tǒng)，使用中的分配頻段，無線通信系統(tǒng)的覆蓋范圍，干擾水平等。CRS地理環(huán)境：例如，CRS或其他無線電系統(tǒng)設(shè)備的位置和其天線方向，CRS用戶在地理位置上的分布等。2022/12/2817CRS基本特性-獲取信息獲取信息的基2023/1/553CRS基本特性-獲取信息CRS自身內(nèi)部狀態(tài)：自身配置（比如，無線電使用的頻帶，禮儀），流量負(fù)載分布，傳輸功率。已建政策比如，CRS應(yīng)該避免對其他無線電系統(tǒng)造成有害干擾這樣的約束政策。使用方式

用戶需求高帶寬，低延時(shí)，費(fèi)用低。2022/12/2818CRS基本特性-獲取信息CRS自身內(nèi)2023/1/554CRS基本特性-獲取信息獲取信息的方法：從無線電系統(tǒng)設(shè)備中收集信息地理定位頻譜感應(yīng)頻譜空穴數(shù)據(jù)庫接入認(rèn)知輔助信道的接入2022/12/2819CRS基本特性-獲取信息獲取信息的方2023/1/555CRS基本特性-調(diào)整參數(shù)包括兩個(gè)方面：

決策與重構(gòu)

CRS擁有智能的管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠作出決定是否進(jìn)行參數(shù)和禮儀的調(diào)整。然后對輸出功率，頻帶，無線接入技術(shù)等參數(shù)進(jìn)行重構(gòu)。2022/12/2820CRS基本特性-調(diào)整參數(shù)包括兩個(gè)方面2023/1/556CRS基本特性-學(xué)習(xí)能力從先前的調(diào)整結(jié)果中學(xué)習(xí)來改善自身性能。2022/12/2821CRS基本特性-學(xué)習(xí)能力從先前的調(diào)整2023/1/557CRS基本特性-總結(jié)2022/12/2822CRS基本特性-總結(jié)2023/1/558CRS的分類

許多CRS部署方案，使用實(shí)例和商業(yè)實(shí)例是可行的。我們通常把CRS分成兩類：異構(gòu)型CRS；頻譜共享型CRS。2022/12/2823CRS的分類

許多CRS部署方案，使2023/1/559CRS的分類-異構(gòu)型基站授權(quán)型重構(gòu)型通過重構(gòu)來使用分配給運(yùn)營商的不同頻帶用特定的RAT給終端提供無線連接2022/12/2824CRS的分類-異構(gòu)型基站授權(quán)型重構(gòu)型2023/1/560CRS的分類-異構(gòu)型終端授權(quán)型重構(gòu)型應(yīng)用特定的RAT，這樣的終端可以連接特定的運(yùn)營商，或者其他與該運(yùn)營商有漫游協(xié)議的運(yùn)營商能夠自我重構(gòu)來應(yīng)用不同的RAT，相應(yīng)的，它可以在不同無線接入網(wǎng)絡(luò)之間切換。2022/12/2825CRS的分類-異構(gòu)型終端授權(quán)型重構(gòu)型2023/1/561CRS的分類-異構(gòu)型在異構(gòu)型CRS中，有數(shù)個(gè)是可執(zhí)行的部署方案網(wǎng)絡(luò)部署方案一：基站是授權(quán)型的，終端部分是授權(quán)型