认知网络技术回顾

作者: 未知

摘要: 认知有望解决无线通信的迅猛发展与可用频谱资源日益短缺之间的矛盾网络，因此备受关注，已成为无线通信领域的研究热点. 认知系统包括授权用户（称为主要用户）和未授权用户（称为辅助用户或认知用户）. 认知技术允许未经许可的次要用户使用空闲的许可频段（即分配给经授权的主要用户的频段），从而使主要和次要用户能够动态共享无线频谱资源. 本文首先简要介绍了认知技术，然后回顾了认知技术的研究现状，最后进行了总结.

关键字: 认知；网络技术；评论

1. 概述

当前，日益多样化的无线服务继续增加了对无线频谱资源的需求，导致可用频谱资源的日益短缺. 但是，研究表明[1]: 当前，无线通信的频谱资源一方面非常稀缺，另一方面却很浪费. 原因是对频谱资源的需求与现有的固定频谱分配策略不匹配，导致无线频谱规划紧张且利用率低. 作为一种新兴技术，认知CR（Cognitive Radio）可以通过机会访问实现频谱共享，而不会干扰主要用户，从而提高了频谱利用率. 考虑解决上述无线频谱利用率低的问题3. 这是动态频谱接入问题的最佳解决方案.

2. 认知技术简介

认知是一种智能无线通信系统. 它可以感知周围的无线环境. 通过学习无线环境，它可以实时更改特定系统的参数，并调整其内部状态以适应外部无线环境的变化. 优化通信系统性能. 认知可以在不影响主要用户的情况下智能地使用空闲频谱，并且可以随时随地实现高可靠性通信.

著名学者西蒙·海金（Simon Haykin）教授从信号处理和交流的角度提出了基于信号处理的认知循环. 认知周期包括频谱感知，频谱分析和频谱决策三个主要步骤[2]，其具体定义为:

频谱感知[3.4]: 监视可用频带的使用信息，根据环境的相应射频激励检测可用频谱空洞，并将检测到的空洞信息提供给频谱决策用途.

频谱分析: 根据在环境中获得的射频激励和频谱感知提供的频谱空洞信息，通过分析频谱空洞的特性，可以为频谱决策提供相应的信道容量信息. <

频谱决策: 认知用户根据频谱感知提供的频谱空洞信息和频谱分析提供的信道容量信息，确定数据速率，传输方式和传输带宽，并根据用户需求选择合适的频段和频段特性，提供要发送到无线环境的信号.

3. 认知技术的研究现状

认知技术最早由瑞典皇家技术学院的约瑟夫·米托拉（Joseph Mitola）在其博士论文中提出[5]. 一种认知架构，感知模型和简单的认知无线原型系统的设计与实现以及认知描述语言. 2004年网络，美国弗吉尼亚理工学院的Christian James Rieser在博士论文中提出了一种新的认知模型[6]，它使用了基于遗传算法的人工智能技术. 计算机仿真表明，该模型提高了通信系统的相关性能.

世界上一些知名的大学研究机构和主要公司，例如英特尔，朗讯，诺基亚，Qualco等，也在进行认知技术的研究. 2002年，美国国防部的DARPA组织启动了XG CNext项目的研究. 该项目以认知技术为核心，并使用软件技术来动态调整和适应无线通信频谱的分配和使用，从而为美军的海外军事行动提供了有力的支持. 有力的支持. 2003年11月，FCC允许具有认知功能的无线终端使用已授权其他用户使用的频带，并首先开放了电视频带（VHF / L-UHF），以在2000年使用认知技术. 美国基金会. 2004年10月，IEEE 802委员会正式成立了基于认知技术的无线局域网标准工作组，即802.12标准工作组. 该工作组致力于制定使用空闲电视频段的宽带无线访问的技术标准，这是基于认知的第一个空中接口标准. 2006年，工作组发布了基于认知技术的802.22无线区域网络协议草案. 该草案的介绍为认知技术的研究提供了技术指导，并为认知技术的应用开辟了广阔的研究领域.

国际电信联盟和软件论坛也在开发与认知有关的技术标准. 同时，国际学术界也对认知技术进行了深入研究. 2005年2月，国际著名的无线通信理论专家Simon Haykin在IEEE JSAC杂志上发表了关于认知技术的里程碑式的论文[7]. 随后，由加利福尼亚大学伯克利分校的R. WBodersen教授，乔治亚理工学院宽带和无线网络实验室的Ian F. Akyildiz教授的研究小组开发的COVUS系统提出了OCRA（基于OFDM的认知） ）项目，美国军方DARPA XG（下一代）项目，欧盟的E2R项目以及第七框架计划FP7（框架计划7）等. 在这些项目的推动下，该领域取得了一些成就基本理论，频谱感测，数据传输，网络体系结构和协议，频谱访问，与现有无线通信系统的集成以及原型开发. IEEE特别组织了两次重要的国际年度会议DySPAN和CrownCom，以交流CR技术的研究成果. 最近，在IEEE Communications Magazine（JSAC）和IEEE Communications Magazine（Communications Magazine）的主题中讨论了认知和动态频谱访问（用于动态频谱访问的认知）以及与认知有关的一些问题（例如CR系统容量分析，软硬件平台，市场实现等，以及用于分析其性能的相关数学工具（博弈论，马尔可夫链等）.

随着对认知技术的深入研究，Thomas首先提出了认知网络的概念，然后，许多学者对认知网络进行了研究[8]. 最近，J. Ming-Fong [10]等人对VANET中的节点协作问题进行了初步研究，并提出了基于中继的V2I协作通信协议.

4. 摘要

作为一种革命性的智能频谱共享技术，认知可以智能地使用大量空闲频谱来满足认知用户的可靠通信，而又不影响主要用户的通信，从而实现频谱资源的共享和有效的改善. 无线频谱的利用率已经成为现代无线通信领域的一个新的研究热点. 尽管CR技术已经成为工业界和学术界广泛关注的无线通信研究和市场开发的新热点. 然而，CR技术从理论到实践的应用在技术，政策和市场方面也面临许多挑战.

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