第1章 认知无线电网络概述

近年来，随着无线通信技术的飞速发展，尤其是无线局域网（WLAN）、无线个人域网络（WPAN）等技术的发展，越来越多的人通过这技术以无线的方式接入互联网。在此过程中，无线频谱资源被不断划分（授权）给各种不同的通信系统使用，导致可用的频段变得越来越少，无线频谱成为越来越紧缺的资源。在无线电利用较为广泛的美国，2010年公布的频谱分配方案显示其可用的频段资源已经濒临枯竭[1]。

尽管频谱空间的划分已经渐趋饱和，但是，近年来很多研究机构在分析与监测当前无线频谱的使用状况时却发现，目前大量珍贵的已授权频谱并未得到充分利用，甚至在很多时候处于空闲状态。美国加州大学Berkely分校对频谱利用情况的实测结果表明，3 GHz以上的频谱几乎没有被使用，而3 GHz以下的频谱有多达70%未被充分利用[2,3]。美国国家无线电网络研究实验床（NRNRT）项目的测量报告也表些明，3 GHz以下频段的平均频谱利用率仅有5.2%[4,5]。根据美国联邦通信委员会（FCC）所提供的数据显示，在美国已授权分配的大量无线电频段中，因时间和地域的差异，频谱利用率为15%到85%不等[6,7]。

上述研究报告表明，现有的静态（固定）的频谱分配策略上所存在的一些问题，是造成目前频谱资源紧缺的主要原因。静态频谱分配策略主要是通过授予频谱使用权，把一个频段分配给一个特定的通信系统使用，而不允许其他系统占用该频段。即使该频段在某一时间、某一地点没有被其授权用户所使用，其他非授权用户也不能使用该频段，从而导致了频谱资源在时间和空间上的浪费，使得频谱利用率低下。

为了解决这种在频谱资源匮乏的情况下授权频谱利用率低下的问题，有人提出了建立频谱二级市场，对已授权频谱进行“二次利用”，以提高频谱利用率[8,9]。认知无线电（CR）[10-12]正是在这样的背景下应运而生的，其基本思想是使未经授权的无线通信设备主动发现和合理利用专用授权频段的空闲频谱资源。它的出现使得频谱的“二次利用”成为可能，从而为在频谱资源不足的情况下实现频谱动态管理、提高频谱利用率的构想开创了一个崭新的局面。