无线区域网和认知无线电技术

1 无线区域网和802.22工作组

随着信息时代的到来，无线设备被广泛使用，使得无线频谱成为现代社会不可或缺的甚至是比土地和矿藏更宝贵的资源。一般通信系统发射机和接收机进网使用都需要政府批准，授权频段，然后才能进入通信网络。因此那些免授权的频段，如无线局域网(WLAN)所在的频段(2.4 GHz～2.484 GHz)，在无线技术的发展中起到了重要作用，许多重大技术革新在这里发源。由此产生的一系列突破性的成功以及由之带来的许多先进技术使得制订标准的组织，如美国电气电子工程师学会(IEEE)、美国联邦通信委员会(FCC)等，开始分析如今频谱的利用方式以试图提高无线资源的利用率。

2002年11月FCC发布了频谱政策特别工作组(SPTF)递交的报告，目的在于提高频谱管理方式。事实上在许多频段，频谱利用率是比频谱物理稀缺更重要的问题。如果对城市地区和乡村偏远地区进行无线电频谱扫描，就会发现：某些频段在大部分时间里是空闲的，一些频段只是有时被占用，剩余频段则被过度使用。出现这种现象的一个原因是目前有线电视被广泛使用，收看无线电视的观众大大减少，在城市地区这一现象尤其突出。这就促使FCC重新审视频谱管理的传统方法。他们不仅意识到在特定的授权频带频谱利用率很低，而且意识到无线资源的缺乏极大地制约了无线应用的发展，使得包括宽带接入、公共安全、卫生保健、商业以及娱乐方面的应用无频率资源可用。

认知无线电(CR)被认为是解决上述无线频谱低利用率问题的最佳方案。认知无线电是一种智能的无线通信系统，它能感知周围无线环境，通过对环境的理解、主动学习等措施，实现在特定的无线操作参数上(如功率、载波调制和编码等)的实时改变并且能调整系统的内部状态，适应外部无线环境的变化。认知无线电具有在不影响其他授权用户(即主用户(PU))的前提下智能地利用空闲频谱的能力，并具有随时随地、智能、高可靠通信的潜能。而诸如信号处理、人工智能、软件无线电、频率捷变、功率控制等技术的迅猛发展使得认知无线电具有特殊性能。

FCC于2004年5月发布建议制订规则的通告(NPRM)，允许未授权用户在不影响授权用户(如电视接收者)业务的前提下，通过基于认知无线电的技术使用电视广播频段中的空闲无线资源。

2004年10月，IEEE 802委员会成立了802.22工作组，授权开发一个共同操作的点到多点(P-MP)的空中接口(即物理层和媒质接入层)标准，该标准用于现存广播电视服务所在的频段，实现基于认知无线电的无线区域网(WRAN)。WRAN能够实现基于包的传输，因此支持个人家庭住户、多聚居单元、小型工作/家庭场所(SOHO)等的一系列通信服务(如因特网接入、数据传输、语音和流视频)。目前，802.22工作组已经基本完成了其技术需求的规范。

1.1 目标市场

目前，基于802.22协议的WRAN被用于在无干扰的基础上利用那些未被使用的广播电视频段，主要应用在农村和偏远地区，以及人口密度低、服务困难的地方，实现无线宽带接入，性能要能和那些在城市和城郊地区使用的固定宽带接入技术相媲美。由于农村人口密度低且宽带接入不方便，所以促使FCC加速了为现有网络技术难以覆盖地区提供宽带接入的新技术的研究，同样WRAN在不发达的南美洲、非洲、亚洲也适用。

事实上，为农村和偏远地区提供宽带接入需要新的网络具有大的覆盖面，是FCC选择电视频段的主要原因，因为该频段有特别适合偏远地区用户使用的传递特性；另外，如果大多数家庭和商业用户都依赖光纤和卫星实现电视服务，那么美国许多地区大量的电视频道都没有使用，造成了资源的浪费；最后，至关重要的一点是，用于电视频段的802.22设备不需要牌照，这将进一步降低成本，从而提供一个可负担得起的服务。然而，这并不是说802.22的应用和市场仅限于农村和偏远地区。实际上还有许多其他可利用WRAN的市场目标，包括个人家庭住户、多聚居单元、SOHO、小商业用户、多用途写字楼，以及工作场所和校园。相信基于CR的技术必将为现有的各种无线通信系统带来新的发展机遇。

1.2 基于802.22的WRAN系统

基于802.22的WRAN系统的目标在于提供类似于不对称数字用户线(ADSL)和有线调制解调器差不多的宽带接入服务，但是在低人口密度的乡村地区展开部署更经济。一个802.22系统包含一个802.22物理层和媒体访问控制(MAC)层的实现，其中至少一个用户和基站通过点到多点的无线空中接口通信。点到多点的无线电系统主要目标在于使用甚高频/超高频(VHF/UHF)广播电视频段。在美国，VHF/UHF广播电视频段(从2到69电视频道)，一般一个电视频道占用6 MHz的带宽，这样开放的频谱范围包括54～72 MHz、76～88 MHz、740～806 MHz。除了被称作主要业务的电视业务，FCC允许其他的业务，如无线微型电话，在空闲的电视频段上进行通信，只要不相互影响。802.22的目标是制订一个能适用于不同国家的国际标准。由于电视业务未进行全球统一信道化，推出的标准也必须适用于其他国家的各种不同的电视信道带宽，如6 MHz、7 MHz和8 MHz的带宽。

图1所示为基于802.22的WRAN系统部署结构示意图。802.22系统必须包括一个基站和多个用户驻地设备(CPE)，至少要有一个CPE。基站必须是点到多点，通过使用全向天线和一个成形扇区或者自适应天线阵列实现下行流信号发射到用户设备。为了实现共存，802.22必须包含相应的物理层和MAC层控制机制，允许基站基于对授权用户的频谱感知来动态改变网络的功率或者频率，以避免干扰。为了解决排列或重叠覆盖造成的问题，实现更好的共享频谱，系统还必须包含各基站之间的协调机制。

1.2.1 无线接入参考模型

图2所示为802.22系统的无线接入参考模型，它描述的是用户网络(UN)和核心网(CN)之间的空中接口模型。一个大型的802.22系统包括用户终端、基站互联网络和网络管理等设备，但这个模型主要考虑的是空中接口问题，如模型中所示的核心网络接口(CNI)和用户网络接口(UNI)。一个CPE通过UNI可以支持多个用户，它们可以互相传输数据、语音、图像等信号；同样一个基站通过一个或多个CNI也可以支持多个核心网。

1.2.2 网络实体关系和拓扑结构

802.22系统规定了固定的点到多点的无线空中接口，中继器用于扩展覆盖范围或者增加网络的容量，其中的所有设备都必须在基站的控制之下，包括中心化的功率控制、频谱管理和调度控制。

在图1所示的系统里，基站监督和控制无线资源分配。基站控制单元内的媒体接入并通过下行方向向不同的用户驻地设备传送信息，同时用户驻地设备通过上行方向响应基站。为了确保对授权业务的保护，802.22系统中基站和用户驻地设备之间应建立严格的主从关系。在没有接收到来自基站的正确授权以前，任何用户驻地设备都不允许传送信息，并且基站控制所有用户驻地设备的射频特性(如调制、编码和操作频率)。除了调整一个单元内的数据传送外，802.22系统中的基站还具备传统基站所没有的分布式感知管理的特性，用来确保授权业务得到保护。在分布式感知过程中，基站通过对相关的用户驻地设备进行远程控制实现对射频环境的分布式感知。如果有反馈信息，则基站根据该反馈信息决定感知单元将要采取的步骤。

1.2.3 业务容量和覆盖区域

在802.22点到多点系统中，因为要给许多的用户驻地设备提供服务，所以基站的容量应该更大。其中每个用户驻地设备在下行方向上所需的最小吞吐率为1.5 Mb/s，上行方向的峰值吞吐率为384 kb/s，这个速率可与数字用户线相媲美。频谱效率是无线接入系统的重要性能指标。在基站的覆盖范围之内频谱效率随位置的改变而改变，受距离、传播信道损失、干扰，以及每个给定信道上可用的调制和编码参数的影响。802.22系统规定了从0.5 b/(s/Hz)～5 b/(s/Hz)的通信频谱效率。每个可能的传输链路上每个用户驻地设备通过设计可以实现最大的频谱效率。

与已经制订的各802标准相比，802.22无线区域网的显著特点是基站覆盖范围更大，可达40～100 km。几种典型无线网络的覆盖范围如图3所示。由于WRAN设备采用高功放，加上电视频段优良的电波传输特性，无线区域网具有更大的覆盖范围。这种增强的覆盖范围不仅提供了机遇，也带来了技术挑战。

1.3 802.22协议

802.22协议决定了多个设备之间的协同操作。协议交互发生在协议的每一层。其中802.22 MAC和物理层协议栈对于所有被支持的服务都是相同的。802.22中MAC层的中心目的是共享无线信道资源。MAC协议定义了如何和何时初始化在信道上的传输。

由于用户驻地设备与一个或更多的基站竞争容量，所以MAC协议应该有效地管理竞争和资源分配。物理层可细分为一个会聚子层和一个物理媒体(PMD)子层。PMD是物理层的主要部分。就像MAC层的会聚层，物理层的会聚层能自适应映射MAC层的特定需要到通用的PMD服务。

1.4 802.22空中接口

由于802.22系统中的点到多点无线设备使用的是电视频段，在该频段范围内基站和用户之间可以在短距离环境和无视线路径环境下通信，该频段的无线电波有很强的穿透性，即使在基站和用户被部分或完全阻挡的情况下仍然可以互相通信。不过在这种情况下会导致信号严重衰弱并且存在多径效应，影响通信质量。为了与原来电视频道的主用户共存，802.22系统的物理层和MAC层协议应该允许基站根据感知结果，动态调整系统的功率或者工作频率，还应包括降噪机制，这样可以避免对原来电视频道的主用户造成干扰。

为了保证在授权业务不受影响的前提下实现系统操作，802.22空中接口需要有较强的自适应性和可扩展性。自适应性是指对于特定传输参数的修改和用户驻地设备参数的更新与软件下载。自适应性应该包括速率和功率的自适应性。可扩展性是指系统的操作参数可变，如比特速率、信道带宽、覆盖程度、部署等。可扩展性包括带宽可扩展性和链路对称可扩展性。

1.4.1 物理层

图4描述了授权业务在广播电视频段上时域和频域的占用情况，横轴是时间，纵轴表示不同的频段。从图4可看出，802.22基站和用户驻地设备间的通信机会也就是信道空闲的出现是随机的，并且会影响物理层和MAC层的架构设计。此时物理层需要在较低的复杂度下提供高性能可靠通信。

802.22物理层在调制和编码方面具有高度的可扩展性。用户驻地设备到基站有着不同的距离，从而导致的不同的信噪比。基站可以通过动态调整调制和编码方式来解决，这样提高了系统效率。

为了使认知无线电对授权业务以及自身的干扰最小，有效的传输功率控制(TPC)非常重要。802.22标准支持链路间的功率控制，允许用户驻地设备的功率减小到一个可靠的可维持链路通信的最低等级。为了尽可能地增加链路的吞吐量，可以在较低的发射功率和灵活的调制机制之间进行折衷。为此802.22定义了功率控制的动态范围为以30 dB为中心，上下浮动1 dB。动态频率选择(DFS)是实现共存时其物理层需要考虑的另一因素。不仅体现在较短时间内调整操作频率，而且体现在如何调整频率以达到节能的目的。当考虑对电视频带和其他授权用户的邻信道干扰时，WRAN系统只能被限制在很小的一部分信道上操作。802.22必须包含占用信道的可扩展性，至少需要适应现存的6 MHz、7 MHz、8 MHz 3种不同的电视带宽。从调制的观点考虑，只要产生干扰便可以释放其中任何一个被干扰的信道，使得每个电视频道可以变得独立。这时WRAN系统可以考虑占用不止一个电视信道来增加链路容量。

1.4.2 MAC层

为了能及时对外界环境的变化如主用户的出现做出响应，基于认知无线电的802.22 MAC层需要具有高度的动态性能。除了提供媒体接入控制、鲁棒数据传输等传统业务能力，802.22 MAC层还需要提供一套传统标准所没有的全新的功能，其中包括频谱的分布式感知和频谱的动态管理等，以实现与广播电视共享频谱。

(1)接入初始化

在任何MAC协议中，初始化都是必要的，而且一般依靠中心基站进行。但在WRAN中并不是这样的，802.22中的用户驻地设备启动时，首先需要花一定的时间扫描所有的电视频段从而建立一个标识，即每个信道占用情况映射图，用来表示是否探测到主用户信号。该信息将随后被传送给基站。802.22不像现存的无线技术，用户驻地设备没有利用预判决信道技术去寻找基站。802.22可能会利用信道融合技术，将多个空闲信道结合在一起，从而提高性能，但这样一来基站的同步任务将大大增加。

(2)感知管理和频谱管理

为了使802.22系统不对主用户业务造成破坏性干扰，基站需引导相关用户驻地设备在带内或带外进行周期感知测量活动。其中带外测量对应于其他所有未受影响的信道，带内测量涉及基站用于同用户驻地设备通信的信道以及受该通信影响的邻近信道。在带内测量时，基站必须停止信道中的一切数据传送，而在带外测量中不需要。802.22设备需要通过基站的动态控制在较低的信噪比下以非相干的方式感知信号，从而确定主用户的存在。但是在带内感知时，基站无法和用户驻地设备通信，因此感知时间越长对通信性能损害越大。另外，基站并不需要每个用户驻地设备都进行相同的感知活动，它可以使用一些智能的综合算法将感知任务分配到各个用户驻地设备，一旦得到足够的感知数据，那么基站通过将它们进行融合从而获得整个蜂窝单元的频谱占用图，并采取适当的步骤改变相关的用户驻地设备的操作参数，如操作频率和功率等级，来解决潜在的干扰问题。802.22的MAC层设计中感知管理还需要考虑感知的测量持续时间、感知的测量频率以及采用设备等等。802.22还综合了管理频谱的功能，比如切换信道、挂起/重启信道传输、终止/重启信道操作等，以保证主用户业务得到保护和实现有效共存。

(3)传播延迟

另一个重要的问题是MAC层设计必须能够支持传播延迟。如802.22系统试图在离发送基站100 km范围内提供服务，其环形传播延时将超过30 μs。这使得MAC层需要补偿由不同用户驻地设备所引发的不同传播延迟。这种大的延迟将阻碍有效接入，有效接入在各种业务共存时特别重要。 ###NextPage###

2 认知无线电

无线区域网(WRAN)工作在现有电视频段中，采用动态频谱管理技术，实现与现有电视系统的频谱共享，最大限度地提高频谱利用率。认知无线电(CR)是实现WRAN的关键，而且被普遍认为是解决目前无线频谱利用率低问题的最佳方案。虽然认知无线电技术的发展刚刚起步，然而，放眼未来，可以认为它极具潜力。认知无线电可以在提高无线频谱使用效率、改善无线通信系统性能等方面发挥重要作用，并且随着人工智能和信号处理技术的不断发展，认知无线电将会使得无线通信系统更加智能化，将对人类社会未来的通信发展产生不可估量的影响。

2.1 认知无线电目前的研究现状

认知无线电(Cognitive Radio)这个术语首先是Joseph Mitola在软件无线电概念的基础上提出的。1999年Mitola在他的博士论文中描述了一个认知无线电系统，通过无线知识描述语言(RKRL)来加强个人无线服务的灵活性，对认知无线电进行扩展，并给出了令人感兴趣的跨学科的认知无线电的概念总结。

美国联邦通信委员会(FCC)2002年发布的频谱政策特别工作组(SPTF)报告，对频谱资源的使用政策具有深远的影响。报告设定了认知无线电工作组，并于2003年5月在华盛顿成立，随后在2004年3月在美国拉斯维加斯召开了一个认知无线电的学术会议，标志着认知无线电技术正式起步。

学术界也行动起来，著名通信理论专家Simon Hakin在2005年2月JSAC in Communications上发表了关于认知无线电的综述性文章“Cognitive radio: brain-empowered wireless communications”，开始了国际性的认知无线电技术研究。随后Berkeley、Virginia、Stevens等大学研究所和软件无线电(SDR)论坛等研究组织纷纷展开研究，Rutgers大学Winlab实验室还进行了认知无线电平台的开发。

美国国防部(DARPA)的XG计划将研制以认知无线电为核心的系统方法和关键技术，以实现动态频谱接入和共享。XG称其论证的频谱效率可使目前的频谱利用率提高10～20倍。图5为XG计划的动态频谱利用图。Intel、Qualcomm、Philips、Nokia等公司也已经开始着手进行认知无线电系统技术的研究。

认知无线电的目的在于提高频谱利用率。但这不仅是个技术问题，由于要从根本上改变过去的无线电资源分配状态，因此要想实现认知无线电，除技术开发之外，还必须有政府法规上的支持。美国2004年5月颁布建议制订规则通告(NPRM)，允许在不影响授权用户(如电视接收者)的前提下，通过基于认知无线电的技术使用电视广播频段中的未授权的无线资源，放宽了认知无线电实用化的限制。日本也已宣布将于2005年开始探讨该技术。欧洲的德国、英国、意大利、瑞典等目前都有相关机构在研究认知无线电。

认知无线电有多种不同的定义和概念模型以及不同的体系架构。Berkeley大学提出的一种认知无线电网络层次结构如图6所示，考虑了结构底下两层与普通的开放系统互连(OSI)模型的不同之处。该模型只考虑了波形感知、频谱感知、网络感知、状态感知，没有考虑到地理位置感知、本地可用业务感知、用户需求感知、语言感知。总的来说，认知无线电是一个智能的无线通信系统，目前对它的研究主要集中在物理层和媒体访问控制(MAC)层。认知无线电能感知周围无线环境，通过对环境的理解、主动学习以实现在特定的无线操作参数上(如功率、载波调制和编码等方案)实时改变和调整内部状态，适应外部无线环境的变化，达到通信系统性能最优化的目的。认知无线电具有在不影响其他授权用户的前提下智能地利用大量空闲频谱并且随时随地提高可靠性的通信的潜能。信号处理，人工智能、软件无线电、频率捷变、功率控制等技术的迅猛发展，为认知无线电实现上述特殊性能提供了条件。

近两年国际上召开了两个重要的有关认知无线电技术和动态信道分配的会议，分别是：2004年10月份在Washington召开的“Cognitive Radios Conference”，会议的主要议题包括：紧急的商业和军事需求和机会，对于认知无线电的频谱政策——军事和商业要求，从软件定义的无线电发展到认知无线电，用于自适应频谱管理的工具和技术，子系统的研发：智能天线、传感器和接收机，自适应调制和波形技术；2005年11月份召开的动态频谱接入(DySPAN)会议，会议的主要议题是基于认知无线电的动态频谱分配和接入技术，会议发表了80多篇文章。

2.2 认知无线电的基本功能

从认知无线电的定义中，我们不难发现6个关键字眼：感知、智能、学习、自适应性、可靠性、效率。认知无线电的感知能力涵盖了很多方面，包括波形感知、频谱感知、网络感知、地理位置感知、本地可用业务感知、用户需求感知、语言感知、状态感知、安全策略感知等等，其中频谱感知是目前人们最为关注的方面。认知无线电最大的特点在于智能性，也是它与普通软件定义无线电最大的不同。认知无线电是一个目标驱动的框架结构，对于事件响应都按照计划、决定、实施的顺序执行。

认知无线电可以自动观察无线电环境、分析信息内容、评估选择、产生计划、监控服务，通过基于模型的推理来获得特定能力。认知无线电还能够从错误中进行学习，包括一些有指导和无指导的机械学习形式。这种观察、思考、行动的循环的工作过程不同于今天的手机——只能在用户设定的频率上交换数据和执行网络的指令。

因此，认知无线电不仅需要具备可编程性的软件无线电平台，还要包括强健的计算机模型、用户模型、网络模型和射频传输环境。

一般来说认知无线电系统必须具备以下基本功能：

(1)对无线环境的场景分析，包括空间电磁环境中干扰温度的估计和频谱空穴的检测。

(2)信道状态估计及其容量预测，主要有信道状态信息的估计、信道容量的预测。

(3)功率控制和动态频谱管理。

认知无线电通过空间的射频激励来分析电磁环境，寻找满足干扰温度(IT)要求的频段，如果该频段的信道状况能满足通信所要达到的要求条件，则向网络发送无线资源分配的请求，在获取资源后，就开始启动通信过程。

通信过程中，避免对正在使用信道的法定授权用户，即主用户(PU)，的干扰是对认知无线电技术最基本的要求。作为次级用户(SU)只能利用PU未使用的频段，一旦发现主用户要使用该频段时，认知无线电要在规定的时间内让出该频段而切换到其他未使用的空白频段，这样既避免了对主用户产生干扰，也不会中断认知无线电的通信过程。但认知无线电也要避免过于频繁地切换频段，因为频繁地切换频段会导致次级用户的服务质量(QoS)得不到保证，也降低了频谱的利用率。另外通过引入人工智能、信号处理等技术，未来认知无线电的应用将不仅仅是单纯的频谱检测，可能会扩展到整个系统性能的感知，将使得未来无线通信系统更加智能化、人性化。

2.3 基于RKRL语言和SDR平台的认知无线电

软件无线电(SDR)是一种多波段多模式个人通信系统平台，其通过射频带宽、空气介面、协议、空间和实时模式的灵活变化来缓解无线频谱的紧缺状况。认知无线电通过在无线域建模来扩展软件无线电的功能，通过无线知识描述语言(RKRL)来加强个人服务的灵活性。RKRL描述的内容包括了无线方式、设备、软件模块、传输、网络、用户需求和根据用户的需求而自动配置的应用方式。RKRL语言可以在软件无线电平台上实现，这样的平台将无线节点从仅仅执行事先确定好的协议转变成无线域的智能代理，实现了原先固定功能和通信模式的系统转变成为智能通信系统的变革。

通过RKRL，认知无线电系统知道高级语言配置均衡器接口和接口线路延迟结构的具体参数。均衡器接口和接口线路延迟结构采用特定应用集成电路(ASIC)、现场可编程阵列(FPGA)或者某种软件无线电算法实现。认知无线电有自己的内部构架模型，如图7所示，能够通过相应的模式解决出现的问题。

软件无线电平台硬件包括天线、无线射频转换模块、调制解调器和图7中所示基带处理器、用户接口等硬件模块。基带处理器包括基带调制解调器和一个终端控制协议栈，此外还包括一个感知装置和一个算法模块。算法模块包含用来描述无线电本身的RKRL结构、均衡器以及其中的所有的本体，用RKRL来写，即以软件来替代硬件功能。

实现上述功能，高端内存、计算算法和通信的带宽对认知无线电都是必需的。根据外部环境变化调整通信系统的配置不会花很长的时间，一般认知无线电也不需要人来干涉它的工作过程。如果要对认知无线电进行干涉，主要目的也是为了保证无线电网络的稳定性。很显然，这种认知无线电网络是复杂的自适应系统，具有适应外界环境变化的能力。

2.4 无线电表述语言

除了自然语言，还有几种计算机语言能够表达相关的无线电知识。但是，大多数的无线电语言如规范描述语言(SDL)、统一建模语言(UML)、接口定义语言(IDL)等都是用于描述的计算机语言，缺乏准确性和灵活性。

在认知无线电的研究中，如何表达外部世界的信息始终是一个重要的研究课题。RKRL是瑞典皇家科学院(KTH)专为认知无线电开发的一套语言，是用来描述整个事件知识、计划和需求的语言。它所包括的知识问询和操作语言(KQML)就是为了使内部知识的交换变得更加方便。使用KQML，移动节点和网络可以分享预期频谱需求的计划，可以有效地识别和租用频谱。

RKRL提供了一种标准的能够对随机的数据交换进行动态定义的语言。RKRL的每个部分根据规则的模式和描述语言的基础来构成，其能力来自于感知循环中的模式匹配、计划产生能力，由相关的推理引擎来调整。RKRL包括语法和本体信息。RKRL涉及的范围包括规则的模式、语言定义、推论模式、多语法和无线的本体。

RKRL是一种并行对象语言，通过基于模式的推理综合了各种语言的特点。通过RKRL这种标准语言，可动态定义认知无线电系统突发的数据变换，其代理可以快速地通过操作相关协议使无线规则更好地满足用户需求，增强了系统的灵活性和反应能力。

2.5 认知无线电规则

既然认知无线电能够主动自由地选择射频信道、空中接口、协议架构以及为了和其他用户竞争的服务价格，从某些方面来说它和棋类游戏是类似的。网络可以协调这种游戏规则，许多研究人员采用博弈论来进行信道频谱分配和功率控制，未来在一些频段认知无线电系统可以完全和其他系统竞争达到无线电资源均衡利用。进行这个游戏的平台是无线射频频段的各种无线频谱、空中接口、智能天线、实时模式以及基础设施和手机等，RKRL提供了描述这种游戏平台的语言，能很好的表述这个游戏的平台和合法使用认知无线电。

2.6 认知循环

认知无线电是建立在软件无线电平台之上的一个智能无线通信系统，它能够感知外部环境、使用边了解边累积的方法对外部环境进行学习，并根据外部环境提供的激励，对运行参数(如传输功率、载波频率、调制方式等)进行相应的修改，从而达到内部状态的自适应调整。其主要目的就是提高无线通信的可靠性和提高无线频谱资源的使用效率。

认知无线电系统感知学习循环的完整过程如图8所示。图8中，外部世界提供激励，认知无线电对这些激励进行处理和分析，从而提取有益于提高其系统性能的相关信息。比如，它可以通过分析全球定位系统参数，或者加上亮度以及温度决定通信环境是在室内还是室外等等。这种处理发生在认知循环的观察阶段，对引入和发出的信息进行分析来获得容量情况，包括分配给用户或是用户所需要提供的容量。有时候这需要必要的前后相关信息来推测通信的突发性以及相关的内在通信任务。基于上述信息，认知无线电系统进行通信资源的规划分配，做出决策，启动接入控制过程，开始通信，并基于信息和学习规则调整通信系统状态以达到最优性能，然后再开始下一轮感知(观察)，这是一个循环过程。

2.7 认知无线电礼仪

认知无线电能进行有序地工作是因为它有一整套来规范行为的无线电礼仪规则，这是一组由射频频段、空中接口、协议、空时模型以及为缓解频谱使用紧张而制订的高层协商规则所组成的规范模式。频谱租用程序、用户优先级策略和无线电知识描述语言等都为频谱的统筹规范使用提供了保障，为实现认知无线电的频谱共享提供规范。认知无线电礼仪协议在频谱有效和混乱之间进行权衡，使得所有的应急服务、政府、个人和商业用户可以主动或被动地共享该协议的成果。

频谱租用程序是一种类似于握手协议的协商程序。频谱出租者首先发送出租频谱的信号，里面包含一些诸如频率、带宽、可以使用的时间段以及价格等相关信息；租用者在收到信号后，给对方发送意向信号，里面列举了自己所希望达到的要求；双方经协商后，最后达成一致，从而完成一个简单的频谱租用程序。同理，也可以反过来，由租用者事先发出频谱需求信息。

用户优先级策略是为了提高频谱管理的高效性和保障社会通信的有序性。应急服务、政府部门、商业客户及个体用户等各种用户应该具有不同的优先级。例如应该首先考虑警方、消防和医疗急救等社会紧急事务，把他们的优先级设定为最高。现有的频谱分配特征确定了默认的频谱使用优先级。通过频谱管理者的授权可以改变全局或局部的优先级。这个协议允许分配一个用户、一个频道或者一个有特别优先级(用户、时间、空间、频率)的组合。

认知无线电为人性化服务提供了巨大的潜能，但是频谱共享礼仪规则的制订十分耗费人力。部分原因是由于没有统一的表示无线电知识的方式，限制了认知无线电对网络和用户的响应。RKRL可能会有助于更好地提高该过程的自动化。

2.8 无线认知网络

随着认知无线电的发展和深入研究，Motorola及Virginia Tech等公司提出了无线认知网络的概念，他们认为无线认知网络是一种具有认知能力的网络，能够感知网络当前的状况，并根据当前的状况来计划、决定并行动，也就是说可以自我配置来响应和动态自适应操作和环境的改变。自我配置的主要功能组成是自我意识和自动学习，通过具有网络意识的中间件和网络各组成部分分布式交叉来实现。无线认知网络能最大化操作者的能力。认知无线电作为节点构成智能的认知无线网络，是网络的核心。

综上所述，无论对于民用和军事应用，认知无线电将使无线通信产生巨大变化的潜力被非常看好。毫无疑问，认知无线电技术将是未来无线通信的发展方向之一。(待续)