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一、認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述

認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)是無線通信的發(fā)展史中一個極為重要的里程碑，其最重要的貢獻是將智能化利用頻譜資源的思想融入其中，引導(dǎo)各類資源的綜合優(yōu)化利用。認(rèn)知通信系統(tǒng)具有感知環(huán)境變化、主動學(xué)習(xí)、自適應(yīng)調(diào)整參數(shù)等特點，可利用空閑的頻譜資源，主動檢測頻譜空洞。此技術(shù)的出現(xiàn)是對傳統(tǒng)頻譜利用模式的挑戰(zhàn)，賦予了傳統(tǒng)無線通信理念更深層次的含義。認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷深入研究，推動現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)向一種具備主動認(rèn)知自身與周圍環(huán)境變化發(fā)展，智能化地對業(yè)務(wù)、用戶偏好、網(wǎng)絡(luò)進行適變性的調(diào)整，進而解決資源的高效利用與無線網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)化問題，形成一體化的以智能決策為基礎(chǔ)的無線網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。

二、認(rèn)知衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)

衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)主要由通信衛(wèi)星和各種地球站組成，根據(jù)完成的功能劃分，主要包括業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)和管理網(wǎng)絡(luò)。業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)完成用戶的業(yè)務(wù)通信需求；管理網(wǎng)絡(luò)完成資源的分配和系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)控。現(xiàn)有衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，上述2部分只是完成業(yè)務(wù)的呼叫處理、通信鏈路的維護等功能，功能組成較為簡單，缺乏對環(huán)境信息的感知及用戶信息、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的獲取等功能。不同衛(wèi)星通信網(wǎng)是孤立的，并不進行信息的交互，使得通信資源很難高效利用，多網(wǎng)系融合、智能化決策難以實現(xiàn)。在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中引入認(rèn)知技術(shù)與衛(wèi)星通信網(wǎng)進行融合，形成認(rèn)知衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，是解決上述問題有效途徑。認(rèn)知衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)組成可以總結(jié)為如下幾部分［9］：環(huán)境域感知技術(shù)、用戶域感知技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)域感知技術(shù)、終端重配置技術(shù)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)、智能化決策技術(shù)。這幾部分關(guān)鍵技術(shù)如何支撐認(rèn)知衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，需要進行深入研究。

1用戶域感知技術(shù)

用戶域感知技術(shù)主要是指用戶個人需求的特點與通信政策的要求。各類用戶有不同的偏好，所以在不同條件下應(yīng)當(dāng)考慮用戶的需求特點。衛(wèi)星語音通信中，用戶只需保障基本的語音業(yè)務(wù)。而在綜合應(yīng)用中，不僅要考慮用戶的服務(wù)質(zhì)量，還需要考慮抗干擾需求等。視頻通信中要考慮用戶對延遲等關(guān)鍵指標(biāo)的要求，才能保證用戶的需要。

2環(huán)境域感知技術(shù)

衛(wèi)星信道環(huán)境中雨衰對Ku、Ka頻段的信號有一定影響，尤其Ka頻段受到的雨衰更加嚴(yán)重。中心站和遠(yuǎn)端站分別對本地雨衰信息進行感知，根據(jù)雨衰特性以及信道估計感知信息，信息匯總至中心站，并由中心站下發(fā)，為各站分配功率和帶寬資源。業(yè)務(wù)建鏈后，通過遠(yuǎn)端站上報的感知信息，對鏈路特性進行評估，同時修正初始建鏈的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)資源分配的自我學(xué)習(xí)功能，提高系統(tǒng)的頻譜資源利用率。其次，未來衛(wèi)星通信電磁環(huán)境復(fù)雜多變，且衛(wèi)星通信鏈路覆蓋范圍較廣，轉(zhuǎn)發(fā)器具有開放性的特點，衛(wèi)星波束覆蓋內(nèi)的地球站都可以發(fā)射載波到轉(zhuǎn)發(fā)器上，極易受到人為的惡意干擾及自然環(huán)境的電磁干擾侵?jǐn)_，造成正常通信的中斷。不論是軍用還是民用衛(wèi)星都要考慮抗干擾問題，因此，衛(wèi)星通信系統(tǒng)除一般抗電磁噪聲的干擾能力外，還需要具備對抗蓄意制造的強電磁干擾能力，可見環(huán)境感知技術(shù)具有十分重要的地位。為使衛(wèi)星通信系統(tǒng)具備較強的抗干擾能力，保障衛(wèi)星通信鏈路的可靠性，需要對電磁環(huán)境的頻譜特征信息進行充分感知，充分掌握干擾特性，達(dá)到有效對抗干擾的目的。采用環(huán)境感知技術(shù)繪制了“干擾特性分布圖”。對干擾特性的感知可以分為干擾強度、干擾密度、干擾分布、干擾類型。在多維域?qū)Ω蓴_進行剖析，充分掌握干擾特性，進而建立干擾特性數(shù)據(jù)庫，為抗干擾策略提供有力支持與保障。環(huán)境感知技術(shù)在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用是今后的發(fā)展趨勢。未來衛(wèi)星異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，存在各類潛在的干擾用戶，頻譜感知不但要檢測正常的通信信號，還要調(diào)整頻譜資源的使用，避開受干擾的頻段，并引導(dǎo)系統(tǒng)采取合適的抗干擾措施，才能保證傳輸信道的質(zhì)量。

3網(wǎng)絡(luò)域感知技術(shù)

衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)域感知技術(shù)主要包括網(wǎng)絡(luò)特性感知分析和網(wǎng)絡(luò)所承載業(yè)務(wù)特性的感知分析。網(wǎng)絡(luò)特性感知主要包括資源占用情況感知和衛(wèi)星網(wǎng)特性感知。資源占用情況感知：評估各通信網(wǎng)絡(luò)中的帶寬資源占用情況、用戶終端在網(wǎng)及使用情況；根據(jù)資源使用特性，用戶終端可優(yōu)先考慮接入具有較多空閑帶寬資源的網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)也可在各網(wǎng)絡(luò)之間進行動態(tài)帶寬資源協(xié)調(diào)。衛(wèi)星網(wǎng)特性感知主要包括網(wǎng)絡(luò)類型、業(yè)務(wù)協(xié)議支持、QoS保障情況等方面的感知，其作用是在網(wǎng)絡(luò)層面對信息進行充分掌控。1）網(wǎng)絡(luò)類型。主要包括點對點、1點對多點（星型網(wǎng)）、多點對多點（網(wǎng)狀網(wǎng)）以及由邏輯關(guān)系引出的樹狀網(wǎng)。2）業(yè)務(wù)協(xié)議支持。主要包括基于電路交換的網(wǎng)絡(luò)和基于分組交換的網(wǎng)絡(luò)，基于電路交換的網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用在一些支持小型化的終端領(lǐng)域、特殊通信需求的衛(wèi)星網(wǎng)、極低速率和帶寬保障的衛(wèi)星網(wǎng)，而分組交換主要用在大容量、通用化的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中。3）QoS保障。每個衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)對業(yè)務(wù)的QoS保障能力不同，如上述的基于電路交換的網(wǎng)絡(luò)對語音等實時業(yè)務(wù)的支持更好一些，而基于分組交換的網(wǎng)絡(luò)對于業(yè)務(wù)即插即用的支持更好一些，因此，充分感知用戶的QoS需求是一項十分重要的技術(shù)。業(yè)務(wù)感知主要功能為識別不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（如數(shù)據(jù)、視頻、語音等），根據(jù)不同業(yè)務(wù)得出所需要的資源、QoS等要求。

4智能化決策技術(shù)

認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)區(qū)別于常規(guī)無線通信網(wǎng)絡(luò)的特點之一就是智能化，通過智能化決策技術(shù)，對用戶和環(huán)境特征進行檢測、分析、推理、學(xué)習(xí)、決策、執(zhí)行，都需要智能化的能力。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)需要人工干預(yù)的因素很多，因此耗費較多的人力與物力成本，且降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性與靈活性，這對其發(fā)展造成了一定的影響。認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的引入可有效提高系統(tǒng)的智能化能力，整合利用現(xiàn)有資源，降低人為干預(yù)的影響。智能決策技術(shù)在認(rèn)知衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中功能具有射頻環(huán)境、用戶需求及政策的感知分析、信息的存儲、認(rèn)知學(xué)習(xí)和推理決策等，根據(jù)系統(tǒng)目標(biāo)特性，分析歷史數(shù)據(jù)去訓(xùn)練學(xué)習(xí)，最優(yōu)化配置資源，自適應(yīng)地匹配環(huán)境的改變，滿足用戶的個性化需要，這些功能的實現(xiàn)都需要智能化決策技術(shù)的支持。認(rèn)知衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中的智能化決策技術(shù)主要有3部分：感知信息存儲、學(xué)習(xí)推理、決策調(diào)整，由此構(gòu)成認(rèn)知衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)智能化決策的應(yīng)用流程，如圖5所示。智能化決策的應(yīng)用主要依靠人工智能技術(shù)，包括機器學(xué)習(xí)、專家系統(tǒng)、博弈論、智能決策、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，其核心是利用知識表示將感知信息合理地表示和存儲，然后用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等實現(xiàn)自適應(yīng)的學(xué)習(xí)和推理［10］。

5衛(wèi)星異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合技術(shù)

衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)向著異構(gòu)化演進，如FDMA、TD－MA等網(wǎng)絡(luò)的不斷深入應(yīng)用，且終端也是向著多模式的應(yīng)用發(fā)展，加之衛(wèi)星網(wǎng)之間、衛(wèi)星網(wǎng)與地面網(wǎng)之間的不斷深入交互，未來衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)化融合是發(fā)展趨勢。目前，衛(wèi)星通信終端為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的多元化發(fā)展趨勢，有效利用各種網(wǎng)絡(luò)資源需要針對環(huán)境和自身軟硬件條件的變化接入不同的網(wǎng)絡(luò)。為了更好地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入與融合，需要感知技術(shù)提取網(wǎng)絡(luò)特征與感知結(jié)果，與用戶需要進行匹配，提高適配效能。衛(wèi)星遠(yuǎn)端站根據(jù)本站感知信息以及中心站指令完成自適應(yīng)入網(wǎng)以及業(yè)務(wù)接入。針對不同感知信息進行多目標(biāo)分析，中心站生成不同決策方案，評估各個網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載情況，在滿足用戶需求的前提下，建立基于負(fù)載平衡的規(guī)則，為用戶分配相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源。認(rèn)知技術(shù)對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進行感知，分析信道特性、用戶特性、網(wǎng)絡(luò)特性，進行資源的合理分配，為終端用戶分配最合適的接入網(wǎng)絡(luò)通信，達(dá)到資源利用最優(yōu)化。

三、結(jié)束語

認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在地面無線通信中已經(jīng)得到廣泛研究，而在衛(wèi)星通信領(lǐng)域中的研究起步較晚，因此，具有很大的發(fā)展空間。提出了認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中的一些應(yīng)用思路與技術(shù)，認(rèn)知技術(shù)的引入，必將對衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展產(chǎn)生一系列深遠(yuǎn)影響，為提高系統(tǒng)的智能化、資源利用率、通信成功率，實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)路融合，提供一條很好的解決思路。（本文作者：張靜、蔣寶強、鄭霖單位：中國電子科技集團公司第五十四研究所、桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院）