IEEE 802.22标准与认知无线电技术

IEEE 802.22——第一个基于认知无线电的国际标准
徐宏飞;杨健
【期刊名称】《中国无线电》
【年(卷),期】2015(0)1
【摘要】在过去的十年时间里,无线通信和无线网络技术迅速发展,无线局域网（WLAN）、无线个域网（WPAN）、无线城域网（WMAN）的数量呈几何级数增长,再加上3G/4G移动通信的普及,使移动数据业务量急速增加。

但是目前的频谱资源分配方式是静态的,大量优质的低频段频谱资源处于闲置或半闲置状态。

所幸的是,认知无线电技术的发展为这种矛盾提供了解决方案。

【总页数】4页(P45-48)
【作者】徐宏飞;杨健
【作者单位】中国人民解放军73691部队;中国人民解放军73691部队
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于认知无线电技术的IEEE 80
2.22 [J], 刘劲松
2.一种基于IEEE802.22标准TSS策略的跨层时隙调度方案 [J], 孙君;朱洪波
3.基于认知无线电技术的802.22标准 [J], 张亮;赵林靖;胡婧;韩斐
4.基于认知无线电的IEEE802．22协议分析 [J], 王桂良;路友荣;韩猛;徐刚
5.饱和情况下基于非竞争带宽请求机制的IEEE 802.22 MAC层协议性能分析 [J], 张元虎;何晨;蒋铃鸽
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现代通信系统论文题目：认知无线电技术姓名：朱雪峰学院：潇湘学院专业：通信工程班级： 001学号： 1254040121 指导教师：钟斌2015年11月1日目录一、引言 (2)二、认知无线电的基本概念 (2)三、认知无线电的功能与实现 (4)1.认知无线电的主要功能 (4)2.认知无线电的实现关键 (5)四、认知无线电的标准化 (7)五、认知无线电的管制与应用情况 (8)六、未来发展与展望 (9)认知无线电技术的研究及发展【摘要】认知无线电技术作为软件无线电技术的一个特殊扩展，受到日益广泛的关注。

由于该技术能够自动检测无线电环境，调整传输参数，从空间、时间、频率、调制方式等多维度共享无线频谱，可以大幅度提高频谱利用效率。

本文首先从认知无线电技术的定义入手，分别讨论了认知无线电的基本概念、功能与实现、标准化的进程。

然后介绍了当前应用状况，最后分析了未来的发展及面临的挑战。

一、引言随着无线通信技术的发展，人们可以获得的带宽不断地增加，移动通信的数据速率从10 kbit/s增长到2 Mbit/s，在不久的将来还可能提高到上百兆比特每秒。

但即使如此，也无法满足人们日益增长的无线接入需求。

为了缓解这一矛盾，一方面，人们不断开发新的无线接入技术，利用新的频段来提供各种业务；另一方面，不断改进各种编码调制方式，提高频谱效率。

但由于移动终端天线尺寸和功率的限制，可以用于无线接入的频段很有限。

在提高频谱效率方面，目前较为先进的CDMA空中接口技术，如HSDPA可以达到1 bit/（s·Hz）的频谱效率，将来OFDM和MIMO技术的应用也只能达到3-4 bit/（s·Hz）的频谱效率。

3-4倍的频谱效率的提高对于人们成百上千倍的带宽需求增长是微不足道的。

认知无线电技术的出现，为解决频谱资源不足、实现频谱动态管理及提高频谱利用率开创了崭新的局面。

二、认知无线电的基本概念认知无线电（cognitive radio，CR）的概念是由Joseph Mitola博士提出的，他在1999年发表的一篇学术论文[1]中描述了认知无线电如何通过一种“无线电知识表示语言（RKRL）”的新语言提高个人无线业务的灵活性。

备C^S IEngineering 工程认知无线电技术及其应用王思臣，唐金元，刘水，杨航(海军航空工程学院青岛校区，山东青岛266041 )摘要：频谱资源越来越紧张，认知无线电技术作为智能化的无线电技术，在缓解频谱资源紧张趋势，提高频谱利用效 率方面有显著的作用。

本文系统介绍了认知无线电技术的基本概念，梳理了认知无线电的关键技术，分析了认知无线电技 术在军事和民用领域的应用。

关键词：认知无线电；频谱感知；频谱选择；电子对抗中图分类号：R310 文献标识码：A文章编号：1671-0711 (2017) 02 (上）-0131-02由于目前大部分的频谱资源被固定分配给广播等授权用户，使得无线城域网络等无线通信业务只能在很小的非授权频段工作，致使频谱资源越来越紧张。

结果导致一方面非授权频段的频谱资源的利用已趋于饱和，另一方面相当数量的授权频谱资源利用率较低。

据美国联邦通信委员会（FC C, Federal Communications Commission)统计，在30MHz ~ 3GHz的频段上，无线频谱利用率平均为5.2%。

由此可以看出，频谱资源紧张在于不合理的频谱资源分配及使用方式。

认知无线电技术为缓解频谱日益紧张的趋势提供了一个较为可行的思路。

1认知无线电技术简介1.1认知无线电技术基本概念认知无线电是能够随环境变化而改变传输参数的无线电。

1999年，瑞典皇家技术学院的Mitola.J 博士首次提出了认知无线电(C R，Cognitive Radio)的概念。

认知无线电包含感知技术、重置技术两个主要特性。

认知无线电技术实现开放频谱系统，授权用户具有优先接入频谱的权利，而具有认知无线电功能的非授权用户可在对授权用户不造成干扰的情况下按“机会方式”接入频谱。

1.2认知无线电现状随着认知无线电的发展，世界各国的频谱管制部门以及相关行业组织相继开展研究。

2002年12月，美国联邦通信委员会指出，非授权频段设备应具备能够识别未占用频段的能力；2003年12月，美国联邦通信委员会发布了《使用认知无线电技术促进频谱利用的通知》，正式成立了认知无线电工作组；2004年5月，美国联邦通信委员会建议认知无线电可在T V广播频段内操作，并指出最适合应用认知无线电技术的是U H F中分配给电视广播业务的6MHz频段。

认知无线电专题讲座(二)第3讲　基于认知无线电的IEEE 802.22标准徐煜华1,徐金昔2,沈　良3(1.解放军理工大学通信工程学院研究生1队,江苏南京210007; 2.解放军理工大学通信工程学院;3.解放军理工大学通信工程学院无线通信系)摘　要:认知无线电技术被认为是解决当前无线频谱低利用率的最佳方案,I EEE 802.22是基于认知无线电技术的第一个世界标准。

文中在介绍了802.22系统结构的基础上,主要阐述了该标准的空中接口,物理层和媒体接入层。

最后又探讨了系统中的若干关键问题。

关键词:认知无线电;分布式感知;动态频谱接入中图分类号:T N 915文献标识码:A 文章编号:CN32-1289(2007)03-0071-06IEEE 802.22Standard Based on Cognitive RadiosX U Yu -hua 1,X U J in -x i 2,SH EN L iang 3(1.P ostg raduate T ea m 1ICE,P L A U ST ,Nanjing 210007,China ;2.I nstitute of Co mmunicat ions Engineer ing ,PL A U ST ;3.Depart ment of Ra dio Communication ICE ,P L AU ST )Abstract :Co gnitive r adios are seen as the best solutio n to the cur rent low usage of the radiospectrum ,and IEEE 802.22is the first w or ldw ide standard o f it .Based on the introductio n of thearchitecture o f the IEEE 802.22system,this paper m ainly presented the IEEE 802.22airinterface,phy sics lay er and media access co ntro l layer,and finally analyzed some crucialpr oblem s as w ell in the IEEE 802.22sy stem.Key words :cognitiv e radio ;distributed sensing ;dy nam ic spectrum access近年来,Wi-Fi 无线局域网获得广泛应用,WinM ax 无线城域网逐渐实现商用化,UWB 超宽带技术日趋成熟。

认知无线电技术认知无线电（Cognitive Radio，CR）的概念起源于1999年Joseph Mitolo 博士的奠基性工作。

它可以通过学习、理解等方式，自适应的调整内部的通信机理、实时改变特定的无线操作参数（如功率、载波调制和编码等）等，来适应外部无线环境，自主寻找和使用空闲频谱。

它能帮助用户选择最好的、最适合的服务进行无线传输，甚至能够根据现有的或者即将获得的无线资源延迟或主动发起传送。

一、认知无线电的定义1、JosephMitola对认知无线电的定义1999年，JosephMitola在他的学术论文中首先提出了认知无线电的概念，并描述了认知无线电如何通过“无线电知识描述语言（RKRL，RadioKnowledgeRepresentationLanguage）”来提高个人无线业务的灵活性。

随后，JosephMitola在他的博士论文中详细探讨了这一理论。

他认为：认知无线电应该充分利用无线个人数字设备和相关的网络在无线电资源和通信方面的智能计算能力来检测用户通信需求，并根据这些需求提供最合适的无线电资源和无线业务。

Mitola的认知无线电的定义是对软件无线电的扩展。

认知无线电以软件无线电为平台，并使软件无线电智能化。

2、FCC的认知无线电定义JosephMitola定义的认知无线电强调“学习”的能力，认知无线电系统需要考虑通信环境中的每一个可能参数，然后做出决定。

相比于JosephMitola的定义，FCC针对频谱有效分配问题对认知无线电做出的定义更能为业界所接受。

在2003年12月的一则通告中，FCC对认知无线电作出如下定义：认知无线电是能够与所处的通信环境进行交互并根据交互结果改变自身传输参数的无线电。

FCC对认知无线电的这个定义主要是基于频谱资源分配和管理问题提出的。

目前无线频谱资源的规划和使用都是由政府制定的，无线通信设备对频谱的使用需要经过政府的许可。

而固定的频谱分配政策导致了频谱不能有效利用的问题。

认知无线电摘要：认知无线电是指具有自主寻找和使用空闲频谱资源能力的智能无线电技术。

认知无线电技术的提出，为解决不断增长的无线通信应用需求与日益紧张的无线频谱资源之间的矛盾提供了一种有效的解决途径。

当前，认知无线电技术从理论到实践都面临很多困难。

文章简述了认知无线电的基本原理，对认知无线电涉及的射频、频谱感知和数据传输等物理层核心关键技术进行了总结分析，并结合当前的发展状况对该技术未来的发展趋势进行了预测。

随着无线通信需求的不断增长，对无线通信技术支持的数据传输速率的要求越来越高。

根据香农信息理论，这些通信系统对无线频谱资源的需求也相应增长，从而导致适用于无线通信的频谱资源变得日益紧张，成为制约无线通信发展的新瓶颈。

另一方面，已经分配给现有很多无线系统的频谱资源却在时间和空间上存在不同程度的闲置。

因此，人们提出采用认知无线电 (CR)技术，通过从时间和空间上充分利用那些空闲的频谱资源，从而有效解决上述难题。

这一思想在2003年美国联邦通信委员会(FCC)的《关于修改频谱分配规则的征求意见通知》中得到了充分体现，该通知明确提出采用CR技术作为提高频谱利用率的技术手段。

此后，CR技术受到了产业界和学术界的广泛关注，成为了无线通信研究和市场发展的新热点。

然而，CR技术从理论到大规模实际应用，还面临很多挑战。

这些挑战包括了技术、政策和市场等诸多方面。

本文从技术的角度，总结分析CR的基本原理、关键技术，并对将来技术发展趋势进行预测。

1 认知无线电基本原理1.1 认知无线电的概念与特征自1999年“软件之父”Joseph Mitola Ⅲ博士首次提出了CR的概念并系统地阐述了CR的基本原理以来，不同的机构和学者从不同的角度给出了CR的定义[1-3]，其中比较有代表性的包括FCC 和著名学者Simon Haykin教授的定义。

FCC认为：“CR是能够基于对其工作环境的交互改变发射机参数的”无线电[4]。

Simon Haykin则从信号处理的角度出发，认为：“CR是一个智能无线通信系统。

《基于认知无线电MAC协议算法研究》篇一一、引言随着无线通信技术的不断发展，无线频谱资源的使用越来越广泛。

然而，传统的固定频谱分配方式导致频谱资源利用效率低下，成为无线通信发展的瓶颈。

认知无线电技术应运而生，它通过动态调整无线设备的频谱资源使用方式，提高了频谱利用效率。

作为认知无线电技术的重要组成部分，媒体访问控制（MAC）协议算法在频谱感知、频谱决策和频谱传输等方面起着关键作用。

本文将对基于认知无线电的MAC协议算法进行研究和分析。

二、认知无线电概述认知无线电是一种智能无线通信技术，它能够根据环境变化动态地感知、学习和使用频谱资源。

认知无线电技术包括频谱感知、频谱决策和频谱传输等关键技术。

其中，MAC协议算法是认知无线电技术的重要组成部分，它负责管理无线设备的频谱接入和传输，是实现频谱高效利用的关键。

三、认知无线电MAC协议算法研究MAC协议算法是认知无线电技术中用于管理和控制无线设备频谱接入和传输的关键技术。

目前，基于认知无线电的MAC协议算法主要包括基于竞争的MAC协议、基于调度的MAC协议和混合式MAC协议等。

（一）基于竞争的MAC协议基于竞争的MAC协议是一种分布式接入协议，它通过竞争方式获取频谱资源。

其中，最具代表性的是IEEE 802.22 WRAN 标准中采用的基于载波监听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）的MAC协议。

该协议通过载波监听机制感知信道状态，并采用冲突避免策略避免信道冲突，实现了动态频谱接入。

（二）基于调度的MAC协议基于调度的MAC协议是一种集中式接入协议，它通过集中式调度方式分配频谱资源。

其中，最具代表性的是动态频谱分配（DSA）算法。

该算法通过感知可用频谱资源，并采用集中式调度策略为不同的用户分配不同的频段和时间片，实现了高效频谱利用。

（三）混合式MAC协议混合式MAC协议结合了基于竞争和基于调度的优点，通过混合使用两种不同的接入方式来优化频谱资源利用。

其中，联合竞争调度（JCS）算法是一种典型的混合式MAC协议算法。

摘要摘要认知无线电(Cognitive Radio,CR)的概念起源于1999年Joseph Mitola博士的奠基性工作，其核心思想是CR具有学习能力，能与周围环境交互信息，以感知和利用在该空间的可用频谱，并限制和降低冲突的发生。

随着无线通信技术的发展，一个日益严峻的问题摆在了我们的面前，那就是频谱资源日趋缺乏。

但是另一方面，无线频谱资源在空间和时间上存在着不同程度的闲置，于是人们提出了认知无线电技术。

认知无线电网络中的用户能感知周围的无线环境，并能择机进入频谱，从而提高了频谱利用率和实现了频谱的灵活分配。

本文主要对认知无线电的动态频谱分配算法进行了研究。

频谱的灵活应用要求认知无线电系统能够动态地分配频谱资源，包括要为主用户的出现实现退避和切换功能，因此，频谱分配是能否充分高效利用空闲频谱的关键技术。

本文首先对认知无线电作了简要的介绍，阐述了认知无线电的概念、功能以及发展状况等。

然后介绍了认知无线电关键技术及频谱分配方法，并分析了现有算法的优缺点。

关键词：认知无线电，频谱分配，图论着色，用户需求，公平。

AbstractCognitive radio (Cognitive Radio, CR) and foundation of the concept originated in 1999 Dr Joseph Mitola, its core idea is CR with learning ability, can with the surrounding environment, mutual information, to perceive and utilize the available spectrum in the space, and limit and reduce conflicts occur. With the rapidly development of wireless mobile communication technology, anincreasingly severe problem of scarceness of wireless spectrum placed in front of us. But on the other hand, there are different levels of idle in Space and time. Therefore people proposed cognitive radio technology. Users in Cognitive radio networks can sense the wireless environment, and accesses the spectrum opportunistically, so the technology can improve spectrum efficiency and use spectrum in flexibility.This paper mainly researches dynamic spectrum allocation algorithm in cognitive radio network. The flexible application of spectrum expects the cognitive radio system dynamically allocate the spectrum resource, at the same time, to help retreat and switch when primary users to present themselves. Therefore, the spectrum allocation becomes the key technology to use idle spectrum efficiently.This paper first introduces cognitive radio briefly, including the concept, function and development, and then introduces the existing model of the spectrum allocation and the spectrum allocation algorithm based on graph coloring theory. After that, this paper analyzes the advantages and disadvantages of existing algorithms.Keyword:cognitive radio, spectrum allocation, graph coloring, user demand, fairness1绪论随着无线通信需求的不断增长，对无线通信技术支持的数据传输速率的要求越来越高。

IEEE802.22：第一个基于认知无线电的无线标准曲宏伟山东大学信息科学与工程学院，济南 (250100)E-mail：quhongwei@摘要：本文提供一个关于802.22的框架、要求、应用和共存考虑的细节概述，他们不仅可以组成这个具有开创性的无线空中接口标准的基本定义，也可以作为一个未来认知无线电领域研究的一个基础。

关键词：IEEE802.22，认知无线电，接口标准2004年11月，IEEE802.22工作小组正式成立，该小组试图建立一个新的基于认知无线电的无线空中接口标准。

由于802.22要求在不影响电视用户的前提下重新分配空闲的电视频谱资源，认知无线电技术的首要任务是寻找和测定频谱并且侦测电视用户信号的出现和消失。

最重要的是我们应该能够设计出推动共存机制的先进技术，比如说动态的频谱资源管理和无线电环境表征。

1．引言在我们深入研究802.22系统之前，我们首先应该知道这个标准的最终目标（也就是说，它的未来应用和市场），它的成员组织和时间规划表，同时应该简要的分析一下它的基础框架。

1.1 应用和市场802.22WRAN的一个最突出的应用是在农村和偏远地区的无线宽带接入，可以达到相对应的那些现存的应用于城市和郊区的固定宽带接入技术（例如DSL和有线电视调制解调器）的性能标准。

这也促使FCC来激励新技术的发展以增加在那些未知市场的宽带无线接入技术的应用[1]。

实际上，在农村和偏远地区的宽带接入也是FCC选择电视频带来提供这种服务的原因，频谱资源的低效应用给了我们给这些边远地区提供服务留有很大的空间，这也为无线互联网服务提供商提供了一个巨大的商机。

而且，很多的电视频道也是依靠电缆或者卫星电视服务。

另外也是不可忽视的一点是在电视频带上工作的802.22设备是不需要进行认证的，这样可以进一步的降低成本，从而提供更有效的服务。

但是，我们决不能说，802.22的应用和市场仅仅局限于农村和偏远地区，实际上，另外一些802.22WRAN定位的重要的应用市场包括独居住宅，多层住宅，小型办公室、家庭办公室（SOHO），小型企业，多租户建筑，以及公有和私有校园。

IEEE 802.222003年12月，美国联邦通信委员会（FCC）在其规则第15章公布了修正案。

法律规定“只要具备认知无线电功能，即使是其用途未获许可的无线终端，也能使用需要无线许可的现有无线频带”，为新的无线资源管理技术奠定了法律基础。

2004年11月第一个基于认知无线电的无线标准IEEE 802.22工作组成立，目的在于解决运营在广播电视频段的感知无线广域接入网络技术。

下面涉及到的内容主要针对IEEE 802.22/D0.1草案。

1、IEEE 802.22概述IEEE 802.22固定无线区域网络（WRAN）工作于54MHz～862MHz VHF/UHF（扩展频率范围47MHz～910MHz）频段中的TV信道，它可自动检测空闲的频段资源并加以使用，因此可与电视、无线麦克风等已有设备共存。

利用WRAN设备的这种特征可向低人口密度地区提供类似于城区所得到的宽带服务。

1.1授权用户在IEEE 802.22工作频段内，有两类授权用户：一类是电视服务，另一类是无线麦克风。

与感知电视信号传输相比，感知无线麦克风要困难许多。

通常无线麦克风传输功率在50mW左右，覆盖区域在100m左右，占用带宽小于200KHz。

由于无线麦克风可能突然地出现和消失，给感知技术带来的巨大的挑战。

1.2拓扑IEEE 802.22系统是固定的一点对多点（PMP）无线空中接口，即基站（BS）管理着整个小区和相关的所有用户终端（CPE）。

BS控制小区内媒体接入和下行（DS）传输给相应的CPE。

而CPE通过接入请求，在BS允许的上行（US）传输，即任何CPE必须在收到BS的授权后才能传输。

由于BS必须兼顾对授权用户的保护，合理的分配感知任务、合理的实现动态频率选择，都是802.22系统的关键问题。

1.3覆盖区域IEEE 802.22系统和其它的IEEE 802的标准相比，是针对无线区域网的。

BS的覆盖范围半径最大可达100km，在目前4W的有效全向辐射功率（EIRP）条件下，覆盖面积的半径也达到33km。