以及增强射频谱资源测量机制等来实现与其它免授权系统的共存；IEEE1900标准组也在进行与下一代无线通信技术和高级频谱管理技术相关的电磁兼容研究。目前软件无线电论坛的CR工作组主要致力于开展CR平台的分析和多模式调整功能的研究。此外，TIU-R于2006年3月提出一项新的建议，将CR单独设为一个课题进行研究，说明ITU也已经充分认识到CR技术在未来通信发展中的重要意义。
1.2 频谱分配的现状
目前随着无线通信业务需求的快速增长，可用频谱资源变得越来越稀缺。人们通过采用先进的无线通信理论和技术，如链路自适应技术、多天线技术等努力提高频谱效率的同时，却发现全球授权频段，尤其是信号传播特性比较好的低频段的频谱利用率极低。以美国为例，美国联邦委员会（FCC，Federal Communications Commission）的大量研究报告说明频谱的利用情况极不平衡，一些非授权频段占用拥挤，而有些授权频段则经常空闲[1]。来自美国国家无线电网络研究实验床（NRNRT，National Radio Network Research Testbed）项目的一份测量报告表明3GHz以下频段的平均频谱利用率仅有5.2%[2]。因此近几年来，能够对不可再生的频谱资源实现再利用的频谱共享技术受到了人们的广泛关注。
现有的频谱共享技术，如工业、科学和医用（ISM，Industrial，Scientific，and Medical）频段开放接入、工作于3GHz~10GHz频段的超宽带（UWB，Ultra-Wide Band）系统与传统窄带系统共存等技术通常应用于固定频段的共享，或受限于发送功率的短距离通信。这些技术在提高频谱利用率的同时却增加了干扰，限制了通信系统的容量和灵活性。认知无线电[3]种更只能的频谱共享技术，能够依靠人工智能的支持，感知无线通信环境，根据一定的学习和决策算法，实时自适应地改变系统工作参数，动态的检测和有效地利用空闲频谱，理论上允许在时间、频率以及空间上进行多维的频谱复用。这将大大降低频谱和带宽的限制对无线技术发展的束缚。
出于CR网络中用户对带宽的需求、可用信道的数量和位置都是随时变化的，传统无线蜂窝一定通信系统动态频谱分配方法不完全适用。另外要实现完全动态频谱分配（Fully DSA）受到很多政策、标准及接入协议的限制。因此目前基于CR的DSA的研究主要基于频谱共享池（Spectrum Pooling）这一策略。频谱共
享池的基本思想是将一部分分配给不同业务的频谱合并成一个公共的频谱池，并将整个频谱池划分为若干个子信道，因此信道是频谱分的基本单位。基于频谱共享池策略的DSA是以最大化信道利用率为主要目标同时考虑干扰的最小化和接入的公平性。
同时很多研究以图着色理论为工具丰富了认知无线电DSA领域。Wang和Liu提出了以图着色理论对认知无线电频谱分配问题进行建模并提出了近似最优化的频谱分配算法[8]，Peng和Zheng等人相继提出来标签机制，可区分用户的优先级，相对于经典的频谱分配算法得到50%的性能改善[2]；Cao等人提出的本地讨价还价（Local Bargaining）算法，采用公平的业务保证机制，可提供文献[1]和[2]中相近的性能，但明显降低了系统的复杂性[3]。虽然这些方法都取得了一些进步，但这些基于合作的方法为了共享相邻用户频繁交换的协作信息，需要公共的协调协议和通信链路，必然会增加系统的复杂性和额外开销。这对于能量受限的通信系统，如Ad Hoc、无线传感器网络等并不适用。针对以上问题，Zheng等人提出了基于设备的频谱管理（相对于基于政策的频谱管理）方案[4]。其基本思路是用户通过观察本地干扰码型，依据预先设定的适用于不同场景的规则独立决策选择信道，从而使系统的性能、复杂度和通信成本取得折衷，因此该方法也称为基于规则的方法。实验结果表明相对于合作方法，这种基于规则的方法可在提供相同通信性能的前提下将通信成本降低3~4倍。
无论是基于合作的方法还是基于规则的方法，大多是用来解决多个CR用户直接如何选择频谱以最大化利用率的问题。而当授权用户再次出现时也需考虑其信道选择的方案。Capar等人在该领域做了初步探索。他们基于排队论模型提出了两种接入方案[5]：具有控制信道的分配和无控制信道的分配。前者是只要频谱池有空闲的子信道，授权用户就可以选择空闲信道而不中断CR用户的通信：后者是授权用户并不考虑用户是否占用信道，只需要就占用原信道。这两种方案中，带宽利用率和阻塞率无明显差别，而无控制信道的分配方案的强制中断率比较高，可采用智能调度算法来降低。
第二章 CR基本原理和频谱分配技术分析介绍
2.1认知无线电的基本概念
对于认知无线电的定义有不同的观点，一下定义是作者在以Mitola为首的瑞典皇家学院、以Rieser为首的维吉尼亚技术中心和FCC的观点的基础上，并结合自己长期的课题研究经验提出的：
认知无线电可感知无线通信环境、并可根据一定的学习决策算法，实时、自适应地改变系统工作参数。它有两个目标：
（1） 有效地提高频谱利用率 （2） 有效地提高通信的可靠性
John Notor认为软件无线电（Software Defined Radio, SDR）不是CR实现的必然条件，CR也不是SDR的发展，它们之间是重叠关系[7]。
概括来说，认知无线电是一种能够依靠人工智能的支持，感知无线通信环境，根据一定的学习和决策算法，实时、自适应地改变系统工作参数，动态地检测和有效地利用空闲频谱的无线电[8]。
发射 RF检测 信号 空闲 信道 发射功率控制频谱资源管理 无线信道分析 无线信道环境 干扰温度 信道容量 发射机 信 道 状 态 估 计 预测建模 接收机 图2-1 认知无线电认知循环模型 图 2-1 描述了认知无线电认知循环模型，可以看出，认知无线电系统通过分析外部环境提供的激励来认识它通信的任务内容，然后对接收和发送的内容进行分析，再选择合适的解决方式，目的是为了实现通信的高可靠性和频谱的高利
用率。
由于认知无线电技术尚处于起步阶段，对于该技术的主要功能还处于讨论过程中。从比较完整的意义上一般认为，认知无线电系统应该具备检测、分析、调整等能力[9]。事实上，这些具体功能就是一个认知循环的主要组成部分。 （1）检测
由特殊应用环境所决定，认知无线电必须具备精确的无线频谱检测能力，必须在可使用的全频段范围内维度进行频谱检测，从而发现可使用的频段。由于是免许可使用，认知无线电必须具备迅速发现住用户的能力，在工作过程中时刻检测住用户是否处于活动状态，从而确保不对其产生干扰。 （2）分析
认知分析包括对自身性能、网络内部状态、外部相关数据（包括频谱使用、策略使用等）和用户自身需求等相关知识的分析。如果说检测是信息的获取，那么分析就是对相关信息的初步处理。认识无线电设备通过所获取的频谱检测结果分析主用户的位置、使用的频点和发射时间，同时分析可用频点位置、可用带宽、信道状况、自身传输可能会对其他用户产生的影响以及完成业务传输所需的带宽和时间等等。 (3) 调整
调整能力是完成传输的关键，根据检测和分析的相关结果，认知无线电设备通过先进的功率控制技术、不同的编码以及雕制技术，选择合适的频点和发射时机，从而成功地完成传输。这就要求认知无线电设备能够在较宽的频段内实现不同传输方案之间的切换，并且在突发事件发生后能够及时暂停或恢复传输，确保在不干扰首要用户的情况下获取最大限度的传输能力。
2.2认知无线电频谱分配原理
认知无线电的频谱分配与其它通信系统分配具有很多共同的特性，但由于认知无线电自身择机借用户频谱的特点，其频谱分配也必须满足一些特殊的要求，具体的频谱分配原理有如下：
（1）保证灵活性。认知无线电是能够检测可用频谱资源，择机的借用主用户频谱进行通信的无线电。因此，可用频谱的必须实时更新，而一旦主用户恢复对某段频谱空间的使用，认知用户就必须在较短时间内退出该频段，选择其它的
频段进行通信。这样一来，认知无线电中的频谱分配技术区别与其它无线通信频谱分配的最主要特点就是保证灵活性[10]。认知无线电任何频谱分配技术的研究都要有较强的频谱退避和转换功能，而由于可用频谱信息的不断更新，相应的频谱分配算法也必须满足实时性的要求。
（2）提高系统性能。频谱分配技术的主要目的是对可用频谱空间进行合理的分配，使得系统性能得到改善或逼近于最优状态。根据不同应用需要，某个认知系统对性能发要求也可能不一样。比如最小化系统干扰为目的、以提高频谱分配公平性为目标、以最大化系统吞吐量为目标等等。我们可以根据不同的系统应用需要，提出不同的算法目标函数，以此指导频谱分配算法的设计。
（3）减少信令开销和计算量。频谱分配算法的设计无疑需要一定的算法信令传输并占用一定的计算时间，这些都可看成分配功能，因此，频谱分配算法的设计必须考虑用户间以及用户与中心控制器之间控制信令的杂程度，分布于用户或者中心控制器上的算法计算量也是需要考虑的一个问题。
总之，认知无线电的频谱分配具有一定的普遍性和特殊性，在我们设计频谱分配算法时必须充分给予充分考虑，满足以上所列的设计原则。 1. 频谱分配的基础
在认知无线电中，为了解决频谱资源的匮乏和目前固定分配频谱利用率较低的问题，就要求扎到更有效的方法来充分感知和利用无线频谱资源。基本途径有两条：其一，提高频谱利用率，将已授权用户的频谱资源充分利用，减少浪费； 其二，提高系统通信效率，将已获得的频谱资源和其他资源综合优化分配，进而提高利用率，这些都涉及到频谱分配的内容[13]。
频谱分配是指根据需要接入系统的节点数目及其服务要求将频谱分配给一个或多个指定节点。频谱分配策略的选择直接决定系统容量、频谱利用率以及能否满足用户因不同业务而不断变化的需求。
在无线蜂窝移动通信系统中，信道分配技术主要有3类：固定信道分配（FCA，Fixed Channel Allocation）、动态信道分配（DCA, Dynamic Channel Allocation）以及随即信道分配（RCA，Random Channel Allocation）。
FCA的优点是信道管理容易，信道间干扰易于控制，缺点是信道无法最佳化使用，频谱信道效率低，而且各接入系统间的流量无法统一控制从而会造成频
