无线通信网络的认知全双工技术

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摘要:针对认知无线电技术和双工技术在无线通信网络中的应用进行研究，通过对认知无线电技术以及全双工技术特点的分析，指出在无线网络中认知无线电技术和全双工技术结合的关键技术。

关键词:认知无线电;全双工;通信

0引言

随着电子技术的发展，用户对无线通信网络的服务需求也越来越高。然而无线通信中的频谱资源是有限的，而且是不能再生的资源，这就大大约束了无线通信网络所能提供的服务的发展。为了解决这个问题，很多提高频谱资源利用率的技术被提出，比如认知无线电技术、全双工技术、波束赋形技术、正交频分复用等。其中认知无线电技术因为能够灵活自适应地使用空闲频谱而受到业内的广泛关注；另外的全双工技术因为发送和接收可以采用相同的频谱，从而提升频谱利用率，也是无线通信技术中的一个研究热点问题。而如何将认知无线电技术与全双工技术结合，就成为了无线通信网络中一个有意义的课题。

1认知无线电技术

认知无线电技术首先由Mitola博士于1999年提出。随后学术界和产业界纷纷对认知无线电技术展开深入研究。SimonHaykin在2005年发表了对认知无线电技术的综述性文章。随着认知无线电技术研究的深入，Thomas首次提出认知无线电网络，其定义为某节点可以采用认知无线电技术进行独立组网，或者与现有的移动蜂窝网络共同组网，从而构成认知无线网络。在认知无线电网络中，次级用户可以感知空闲频谱并进行合理利用，其能够在确保使用授权频段的主用户（也称为授权用户）一定通信质量的前提下，高效地利用授权频谱完成自身通信过程[1]。因此，认知无线电技术能够在确保主用户通信质量的前提下提高频谱利用率，这一特性缓解了无线通信发展过程中资源短缺的问题，符合未来通信发展趋势。

2全双工技术

全双工技术是5G的一项关键技术，而全双工中继技术也成为近几年研究热点。在中继网络中，当中继节点采用全双工模式进行通信时，可以进一步提高中继网络的频谱效率和系统容量[2]。在全双工中继模式中，中继节点接收和发送数据采用相同的频率，使中继节点能够实现同时同频的发送和接收信号，突破了原有频分双工(FrequencyDivisionDuplex,FDD)和时分双工(TimeDivisionDuplex,TDD)模式，这无疑大大提升了系统容量，但是随之产生的不可避免的自干扰问题将会严重影响系统性能[3-4]。然而，随着自干扰消除技术的改进和发展，自干扰能够被有效地降低，经典的自干扰消除技术包括：天线隔离技术、模拟消除技术和数字消除技术等，系统容量将会得到显著提升。

3认知全双工技术关键技术

1）认知中继网络单中继选择技术。在认知中继网络中，由于单中继选择算法复杂度低，实现简便，并且能够方便进行干扰管理，容易满足主用户的干扰温度的条件，因此针对认知中继网络的单中继选择技术已有较多研究。而现有的认知单中继选择技术根据中继模式的不同又可以分为基于半双工模式的中继选择和基于全双工模式的中继选择。2）认知中继网络多中继选择技术。在认知中继网络中，选择多个中继进行协作相比于选择单个中继进行协作能够获得更高的空间分集增益，从而进一步提高认知系统的性能。但是当多中继进行协作时，次级用户系统并不总是能够达到理想性能，第一是因为当越多的中继参与协作时，对主用户接收端造成的干扰会越大，使之更容易违背主用户干扰温度的限制；第二是因为若由于个别中继节点的链路状况较差，使传输的信号产生失真，而在接收端接收到失真信号将会直接导致总的信噪比降低，影响次级用户网络的系统性能。因此，在认知中继网络中实现多中继协作，如何选择符合条件的中继参与协作将成为必须解决的问题。

4结束语

认知无线电技术是当前无线通信技术中的关键技术之一，而全双工技术对提高无线频谱资源的利用率也具有重要意义。因此如何在无线通信网络中将认知无线电技术与全双工技术结合就成为一个具有重要意义的课题。认知无线电技术中次级用户对主用户的干扰是其中的关键问题，而全双工技术中因为发送与接收采用相同的频率，因此中继节点的选择也是非常重要的。在认知无线电与全双工网络中，如何选择单中继和多中继节点，对网络的性能具有重要影响，因此成为认知全双工网络的关键技术。

参考文献

[1]HAYKINS.Cognitiveradio:Brain-empoweredWirelessCommunications[J].IEEEJournalonSelectedAreasinCommunications,2005,23(2):201-220.

[2]张美娟,王伟,张士兵,等.全双工双向无线供电中继系统最大化和速率波束成形设计[J].南京邮电大学学报(自然科学版),2018(01):84-90.

[3]RIIHONENT,WERNERS,WICHMANR.MitigationofloopbackSelfinterferenceinfull-duplexMIMOrelays[J].IEEETransactionsSignalProcess,2011,59(12):5983-5993.

[4]WUGuangyu,XIEGang,GAOJinchun,etal.Relayjointantennamodeselectionwithpowerallocationincognitiverelaynetwork[C]//20165thInternationalConferenceonComputerScienceandNetworkTechnology(ICCSNT).Changchun:IEEEpress,2016:482-487.

作者:覃凤谢 刘立 单位:重庆市南岸区公安分局