無線通信網絡的認知全雙工技術
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摘要:針對認知無線電技術和雙工技術在無線通信網絡中的應用進行研究，通過對認知無線電技術以及全雙工技術特點的分析，指出在無線網絡中認知無線電技術和全雙工技術結合的關鍵技術。
關鍵詞:認知無線電;全雙工;通信
0引言
隨著電子技術的發展，用戶對無線通信網絡的服務需求也越來越高。然而無線通信中的頻譜資源是有限的，而且是不能再生的資源，這就大大約束了無線通信網絡所能提供的服務的發展。為了解決這個問題，很多提高頻譜資源利用率的技術被提出，比如認知無線電技術、全雙工技術、波束賦形技術、正交頻分復用等。其中認知無線電技術因為能夠靈活自適應地使用空閑頻譜而受到業內的廣泛關注；另外的全雙工技術因為發送和接收可以采用相同的頻譜，從而提升頻譜利用率，也是無線通信技術中的一個研究熱點問題。而如何將認知無線電技術與全雙工技術結合，就成為了無線通信網絡中一個有意義的課題。
1認知無線電技術
認知無線電技術首先由Mitola博士于1999年提出。隨后學術界和產業界紛紛對認知無線電技術展開深入研究。SimonHaykin在2005年發表了對認知無線電技術的綜述性文章。隨著認知無線電技術研究的深入，Thomas首次提出認知無線電網絡，其定義為某節點可以采用認知無線電技術進行獨立組網，或者與現有的移動蜂窩網絡共同組網，從而構成認知無線網絡。在認知無線電網絡中，次級用戶可以感知空閑頻譜并進行合理利用，其能夠在確保使用授權頻段的主用戶（也稱為授權用戶）一定通信質量的前提下，高效地利用授權頻譜完成自身通信過程[1]。因此，認知無線電技術能夠在確保主用戶通信質量的前提下提高頻譜利用率，這一特性緩解了無線通信發展過程中資源短缺的問題，符合未來通信發展趨勢。
2全雙工技術
全雙工技術是5G的一項關鍵技術，而全雙工中繼技術也成為近幾年研究熱點。在中繼網絡中，當中繼節點采用全雙工模式進行通信時，可以進一步提高中繼網絡的頻譜效率和系統容量[2]。在全雙工中繼模式中，中繼節點接收和發送數據采用相同的頻率，使中繼節點能夠實現同時同頻的發送和接收信號，突破了原有頻分雙工(FrequencyDivisionDuplex,FDD)和時分雙工(TimeDivisionDuplex,TDD)模式，這無疑大大提升了系統容量，但是隨之產生的不可避免的自干擾問題將會嚴重影響系統性能[3-4]。然而，隨著自干擾消除技術的改進和發展，自干擾能夠被有效地降低，經典的自干擾消除技術包括：天線隔離技術、模擬消除技術和數字消除技術等，系統容量將會得到顯著提升。
3認知全雙工技術關鍵技術
1）認知中繼網絡單中繼選擇技術。在認知中繼網絡中，由于單中繼選擇算法復雜度低，實現簡便，并且能夠方便進行干擾管理，容易滿足主用戶的干擾溫度的條件，因此針對認知中繼網絡的單中繼選擇技術已有較多研究。而現有的認知單中繼選擇技術根據中繼模式的不同又可以分為基于半雙工模式的中繼選擇和基于全雙工模式的中繼選擇。2）認知中繼網絡多中繼選擇技術。在認知中繼網絡中，選擇多個中繼進行協作相比于選擇單個中繼進行協作能夠獲得更高的空間分集增益，從而進一步提高認知系統的性能。但是當多中繼進行協作時，次級用戶系統并不總是能夠達到理想性能，第一是因為當越多的中繼參與協作時，對主用戶接收端造成的干擾會越大，使之更容易違背主用戶干擾溫度的限制；第二是因為若由于個別中繼節點的鏈路狀況較差，使傳輸的信號產生失真，而在接收端接收到失真信號將會直接導致總的信噪比降低，影響次級用戶網絡的系統性能。因此，在認知中繼網絡中實現多中繼協作，如何選擇符合條件的中繼參與協作將成為必須解決的問題。
4結束語
認知無線電技術是當前無線通信技術中的關鍵技術之一，而全雙工技術對提高無線頻譜資源的利用率也具有重要意義。因此如何在無線通信網絡中將認知無線電技術與全雙工技術結合就成為一個具有重要意義的課題。認知無線電技術中次級用戶對主用戶的干擾是其中的關鍵問題，而全雙工技術中因為發送與接收采用相同的頻率，因此中繼節點的選擇也是非常重要的。在認知無線電與全雙工網絡中，如何選擇單中繼和多中繼節點，對網絡的性能具有重要影響，因此成為認知全雙工網絡的關鍵技術。
參考文獻
[1]HAYKINS.Cognitiveradio:Brain-empoweredWirelessCommunications[J].IEEEJournalonSelectedAreasinCommunications,2005,23(2):201-220.
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[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:覃鳳謝 劉立 單位:重慶市南岸區公安分局
